JP3241047B2 - Improved electrochemical hydrogen storage alloy for nickel metal hydride batteries - Google Patents

Improved electrochemical hydrogen storage alloy for nickel metal hydride batteries

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JP3241047B2 JP53177096A JP53177096A JP3241047B2 JP 3241047 B2 JP3241047 B2 JP 3241047B2 JP 53177096 A JP53177096 A JP 53177096A JP 53177096 A JP53177096 A JP 53177096A JP 3241047 B2 JP3241047 B2 JP 3241047B2
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Description

【発明の詳細な説明】 継続する情報 本発明は、1993年10月14日に出願された米国特許出願
第08/136,066号の一部継続出願である。米国特許第08/1
36,066号は米国特許第5,277,999号(1992年8月25日に
米国特許出願第07/934,976号として出願)の一部継続出
願である。米国特許第5,277,999号は米国特許第5,238,7
56号(1991年8月14日に米国特許出願第07/746,015号と
して出願)の一部継続出願である。米国特許第5,238,75
6号は米国特許第5,104,617号(1990年8月26日に米国特
許出願第07/515,020号として出願)の一部継続出願であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Continuing Information The present invention is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 08 / 136,066, filed Oct. 14, 1993. US Patent 08/1
No. 36,066 is a continuation-in-part of U.S. Pat. No. 5,277,999 (filed on Aug. 25, 1992 as U.S. Patent Application No. 07 / 934,976). U.S. Pat.No. 5,277,999 is U.S. Pat.
No. 56 (filed Aug. 14, 1991 as U.S. Patent Application No. 07 / 746,015). US Patent 5,238,75
No. 6 is a continuation-in-part of U.S. Patent No. 5,104,617 (filed August 26, 1990 as U.S. Patent Application No. 07 / 515,020).

発明の技術分野 本発明は、電気化学水素貯蔵合金およびこれらの合金
を用いる再充電可能な電気化学電池に関する。より詳細
には、本発明は多成分の電気化学水素貯蔵合金から形成
される陰極を有する再充電可能な電池およびバッテリー
に関する。これらの合金を導入した電池は、水素貯蔵合
金を用いる公知の再充電可能な電池に比べて顕著に向上
したエネルギー密度、電荷保持、サイクルライフおよび
低温性能等の性能特性を有する。本発明は性能を損失す
ることなく顕著な減少させた量のCoを利用する独自の合
金も記載する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electrochemical hydrogen storage alloys and rechargeable electrochemical cells using these alloys. More particularly, the present invention relates to rechargeable batteries and batteries having a cathode formed from a multi-component electrochemical hydrogen storage alloy. Batteries incorporating these alloys have significantly improved performance characteristics such as energy density, charge retention, cycle life and low temperature performance as compared to known rechargeable batteries using hydrogen storage alloys. The present invention also describes a unique alloy utilizing a significantly reduced amount of Co without loss of performance.

発明の背景 水酸化ニッケル陽極および水素化金属水素形成性貯蔵
陰極を利用する再充電電池(「水素化金属電池」)が本
分野において知られている。電気ポテンシャルを水素化
金属電池中の電解質と水素化金属電極との間にかけたと
き、以下の通り、陰極材料(M)は水素の電気化学的吸
収およびヒドロキシルイオンの電気化学的発生により充
電される;放電の際は、貯蔵された水素が放出されて水
分子を形成し、電子を発生する: M+H2O+e-<−>M−H+OH- (ここで、右へ進む反応が充電であり、左に進む反応が
放電である)。
Background of the Invention Rechargeable batteries utilizing a nickel hydroxide anode and a metal hydride forming cathode ("metal hydride batteries") are known in the art. When an electrical potential is applied between the electrolyte in the metal hydride battery and the metal hydride electrode, the cathode material (M) is charged by electrochemical absorption of hydrogen and electrochemical generation of hydroxyl ions as follows. ; during discharge is released stored hydrogen to form water molecules, generating electrons: M + H 2 O + e - <-> M-H + OH - ( where a processing proceeds to the right reaction charge, left The reaction that proceeds to is discharge).

水素化ニッケル金属電池の陽極で起こる反応も可逆的
である。ほとんどの水素化金属電池は水酸化ニッケル陽
極を用いる。以下の充電と放電反応が水酸化ニッケル陽
極で起こる: Ni(OH2)+OH-<−>NiOOH+H2O+e- (ここで、右へ進む反応が放電であり、左に進む反応が
充電である)。
The reactions that take place at the anode of a nickel metal hydride battery are also reversible. Most metal hydride batteries use a nickel hydroxide anode. The following charge and discharge reactions occur in nickel hydroxide positive electrode: Ni (OH 2) + OH - <-> NiOOH + H 2 O + e - ( where a processing proceeds to the right reaction discharge, and charging the reaction to proceed to the left) .

水酸化ニッケル陽極および水素貯蔵陰極を有する水素
化金属電池において、電極は典型的には不織フェルト化
ナイロンまたはポリプロピレンセパレーターにより分離
されている。電解質は、通常、例えば20〜45重量%の水
酸化カリウムである。
In metal hydride cells having a nickel hydroxide anode and a hydrogen storage cathode, the electrodes are typically separated by a nonwoven felted nylon or polypropylene separator. The electrolyte is typically, for example, 20-45% by weight potassium hydroxide.

バッテリー電極材料として調べられた最初の水素貯蔵
合金はTiNiおよびLaNi5であった。これらの単純な二成
分金属間化合物は電気化学的応用の利用で適当な水素結
合強度を有することが知られていたので、これらの研究
に長年が費やされた。しかし、広汎な努力にもかかわら
ず、研究者らはこれらの金属間化合物が非常に不安定で
あり、遅い放電、酸化、腐食、不十分な速度、および不
十分な触媒作用等の多くの有害な効果のために電気化学
的価値が不十分であることを発見した。バッテリー利用
のためのこれらの単純合金は、バッテリー開発者がNiC
d、NaS、LiMS、ZnBr、NiFe、NiZnおよびPb−酸等の結晶
性材料の単一の元素対を伝統的に利用する傾向を反映す
る。水素貯蔵効率を保持しながら二成分金属間化合物の
電気化学的性質を向上させるために、初期の研究者らは
TiNiおよびLaNi5システムの改良を始めた。
The first hydrogen storage alloys that have been examined as a battery electrode material was TiNi and LaNi 5. Many years have been spent on these studies, as these simple binary intermetallics were known to have adequate hydrogen bond strengths for use in electrochemical applications. However, despite extensive efforts, researchers have found that these intermetallics are very unstable and have many harmful effects such as slow discharge, oxidation, corrosion, poor rate, and poor catalysis. Found that the electrochemical value was inadequate due to the different effects. These simple alloys for battery use have been developed by battery developers with NiC
d reflects the tendency to traditionally utilize single element pairs of crystalline materials such as NaS, LiMS, ZnBr, NiFe, NiZn and Pb-acids. To improve the electrochemical properties of binary intermetallics while retaining hydrogen storage efficiency, early researchers
We started to improve TiNi and LaNi 5 system.

TiNiおよびLaNi5の改良は米国、ミシガン州、トロイ
のEnergy Conversion Devices(ECD)のStanford R.
Ovshinskyにより始められた。OvshinskyとECDにおける
彼のチームは、単純で比較的純粋な化合物に対する信頼
が先行技術の主要な欠点であることを示した。それまで
の研究は、触媒作用が結晶構造の不整な部位での表面反
応に依存することを発見していた。比較的純粋な化合物
は比較的低い密度の水素貯蔵部位を有することが発見さ
れ、利用可能な部位の種類は偶然に生じ、材料の本体中
に設計されることはなかった。よって、水素の貯蔵の効
率およびそれに続く水素の放出は、さらに多くの多様な
活性部位が利用可能な場合に得られるよりも実質的に少
ないことが発見された。
Improvements to TiNi and LaNi 5 were made by Stanford R. of Energy Conversion Devices (ECD) in Troy, Michigan, USA.
Started by Ovshinsky. Ovshinsky and his team at the ECD have shown that trust in simple, relatively pure compounds is a major drawback of the prior art. Previous studies have found that catalysis relies on surface reactions at irregular sites in the crystal structure. Relatively pure compounds were found to have a relatively low density of hydrogen storage sites, and the types of sites available occurred by accident and were not designed into the body of the material. Thus, it has been discovered that the efficiency of hydrogen storage and subsequent release of hydrogen is substantially less than would be obtained if more diverse active sites were available.

Ovshinskyは、所望の比較的純粋な材料の表面に似せ
た無定形フィルムを作ることにより表面部位の数を顕著
に増加させることができることを既に発見していた。Ov
shinskyはPrinciplesおよびApplications of Amorphici
ty,Structural Change,and Optical Information Encod
ing,42 Journal De Physique at C4−1096(1981年8
月)の中で以下のように説明した: 「無定形性は広い範囲の周期性のX線解析の証拠の欠
如を言う一般的な用語であって、材料を十分に説明する
ものではない。無定形材料を理解するために、考慮され
なければならないいくつかの要素、つまり化学結合の種
類、局所的秩序により作られる結合の数(すなわちその
配位)、および得られる多様な配置に対する化学的およ
び幾何学的な全局所環境の影響等の要素が存在する。無
定形性は、硬い球体とみなされる原子のランダムな充填
により決定されるものではなく、また無定形固体は、単
にランダムに埋め込まれた原子を有するホストでもな
い。無定形材料は、電子配置が自由エネルギー力により
生じ、それらは構成原子の化学的性質および配位により
具体的に定めることができる相互作用マトリックスから
作られていると見なされるべきものである。多軌道元素
および多様な調製技術を用いて、平衡条件を反映する通
常の緩和をうまく処理し、無定形材料の三次元の自由に
より、全く新しい種類の無定形材料(化学改質材料)を
作ることができる…」 いったん無定形状態がフィルムに表面部位を導入する
手段として理解されれば、無定形材料のみならず、結晶
性材料にも「不規則」(多孔度、トポロジー、微結晶、
部位の特徴、および部位間の距離など全範囲の局所秩序
効果を考慮に入れた「不規則」)を計画されたように作
ることが可能となった。よって、最大数の偶然に生じた
表面不規則性を有する規則材料を作る材料改質を求める
よりも、ECDのOvshinskyのチームは、所望の不規則性が
注文通りに作られ得る「不規則」材料を作り始めた。引
用してここに組み込まれる米国特許第4,623,597号を参
照されたい。
Ovshinsky has already discovered that the number of surface sites can be significantly increased by making an amorphous film that resembles the surface of the desired relatively pure material. Ov
shinsky is Principles and Applications of Amorphici
ty, Structural Change, and Optical Information Encod
ing, 42 Journal De Physique at C4-1096 (August 1981
"Amorphousness is a general term that refers to the lack of evidence from a wide range of periodic X-ray analyses, and does not fully describe the material. To understand amorphous materials, several factors must be considered: the types of chemical bonds, the number of bonds created by local order (ie, their coordination), and the resulting chemical configurations for the various configurations. And factors such as the influence of the geometric total local environment, etc. Amorphousness is not determined by random packing of atoms that are considered hard spheres, and amorphous solids are simply randomly embedded. Amorphous materials are those in which the electron configuration is caused by free-energy forces, and they are the interaction matrices that can be specifically defined by the chemistry and coordination of the constituent atoms. It should be considered to be made from Rix, using multi-orbital elements and a variety of preparation techniques to handle the normal relaxation reflecting the equilibrium conditions, and the three-dimensional freedom of amorphous materials, A new kind of amorphous material (chemically modified material) can be made ... "Once the amorphous state is understood as a means to introduce surface parts to the film, it can be applied not only to amorphous materials but also to crystalline materials. "Irregular" (porosity, topology, crystallites,
It is now possible to make planned "irregularities" that take into account the local features of the region and the local order effects, such as the distance between the regions. Thus, rather than seeking a material modification that creates a maximum number of ordered materials with accidentally generated surface irregularities, Ovshinsky's team at ECD says that the `` irregularities '' where the desired irregularities can be made to order. I started making the ingredients. See U.S. Patent No. 4,623,597, which is incorporated herein by reference.

ここで用いられる「不規則」との言葉はその文献に用
いられている用語の意味に対応するもので、例えば以下
の通りである: 「不規則半導体はいくつかの構造的状態で存在し得
る。この構造的ファクターは、[材料]…の物理的性質
が調節可能な新しい変数を構成する。さらに、構造的不
規則は、準安定状態で熱力学的平衡の限界をはるかに超
える新しい組成物と混合物を調製する可能性を広げてい
る。よって、我々はさらに区別される特徴として以下の
ものを挙げたい。多くの不規則[材料]…中に、狭い範
囲のパラメーターを調節することができ、それによっ
て、元素に新しい配位数等を与える等で、これらの材料
の物理的性質に劇的な変化を達成することができる」
(S.R.Ovshinsky,The Shape of Disorder,32 Journal o
f Non−Crystalline Solids at 22(1979)(強調は後
で加えたもの)。
The term "irregular" as used herein corresponds to the meaning of the term used in the document, for example: "A disordered semiconductor can exist in several structural states This structural factor constitutes a new variable in which the physical properties of the [material] ... can be adjusted, and structural irregularities are a new composition in the metastable state that far exceeds the limits of thermodynamic equilibrium. And the possibilities of preparing mixtures are expanding, so we would like to further distinguish the following features: many irregular [materials] ... within a narrow range of parameters that can be adjusted Dramatic changes in the physical properties of these materials can be achieved, e.g. by giving the elements new coordination numbers, etc. "
(SROvshinsky, The Shape of Disorder, 32 Journal o
f Non-Crystalline Solids at 22 (1979) (emphasis added later).

これらの不規則材料の「狭い範囲の秩序」はOvshinsk
y(The Chemical Basis of Amorphicity:Structure and
Function,26:8−9 Rev.Roum.Phys.at 893−903(198
1))により以下の通りさらに詳しく説明されている: 「狭い範囲の秩序は保存されない…実際、結晶対称が壊
されると、同じ狭い範囲の秩序を保持することは不可能
となる。この理由は、狭い範囲の秩序は電子軌道の力場
により調整されるために、その環境は対応する結晶性固
体と無定形固体とでは基本的に異なるからである。言い
換えると、その材料の電気的、化学的および物理的性質
を決定するのは局所的化学結合とそれらの周囲環境との
相互作用であり、無定形材料中におけるこれらのものは
結晶材料中にある場合と同じであることはできない…無
定形であるが結晶性ではない材料中の三次元に存在し得
る軌道関係は新しい幾何学的性質のための基礎であり、
その多くは性質が内在的に抗結晶性である。結合のひず
みと原子の変位は単一成分材料中に無定形性を引き起こ
すのに十分な理由となり得る。しかし、その無定形性を
十分に理解するには、無定形状態に内在する三次元的関
連性を理解しなければならない。なぜならば、この三次
元的関連性が結晶格子の並進対称と両立しない内部トポ
ロジーを形成するからである…無定形状態において重要
であることは、結晶性の対応物を持たない無限の数の材
料を作ることができることであり、それを持つものでさ
え主に化学組成で類似するということである。これらの
原子の空間的およびエネルギー関係は無定形と結晶形と
では全く異なるが、それらの化学的元素は同じでありえ
る…」 狭い範囲(または局所的)秩序は、ここに引用して組
み込まれる“Compositionally Varied Materials and M
ethod for Synthesizing the Material"と題されるOvsh
inskyの米国特許第4,520,039号で詳しく述べられてい
る。この特許は、不規則材料がどのように周期的な局所
秩序を必要しないのか、そしてOvshinskyの技術を用い
て、新しい現象を定量的に作ることができるように局所
的配置の高い正確さおよび調節により、類似または類似
しない原子または原子の集団の空間的および配向的配置
がどのように可能であるのかを議論する。さらに、この
特許は、使用される原子が「dバンド」や「fバンド」
に限定される必要のあるものではなく、局所環境との相
互作用の調節的側面が材料の物理的性質(よって機能)
に影響を与えるように、顕著な役割を物理的、電気的ま
たは化学的に果たすどの原子であってもよいことを論じ
る。これらの技術は、いくつかの異なる意味で同時に不
規則である新しい材料を合成する手段をもたらす。
The "narrow range order" of these irregular materials is Ovshinsk
y (The Chemical Basis of Amorphicity: Structure and
Function, 26: 8-9 Rev. Roum.Phys.at 893-903 (198
This is explained in more detail by 1)) as follows: "Narrow range order is not preserved ... In fact, if the crystal symmetry is broken, it is impossible to maintain the same narrow order. Because the order of the narrow range is regulated by the force field of the electron orbit, the environment is fundamentally different between the corresponding crystalline and amorphous solids, in other words, the electrical and chemical properties of the material. It is the interaction of local chemical bonds with their surrounding environment that determines the physical and physical properties, and these in amorphous materials cannot be the same as in crystalline materials ... Orbital relationships that can exist in three dimensions in materials that are regular but not crystalline are the basis for new geometric properties,
Many are intrinsically anti-crystalline in nature. Bond strains and atomic displacements may be sufficient reasons to cause amorphousness in single component materials. However, to fully understand its amorphousness, one must understand the three-dimensional relationships inherent in the amorphous state. Because the three-dimensional relevance forms an internal topology that is incompatible with the translational symmetry of the crystal lattice ... what matters in the amorphous state is the infinite number of materials that have no crystalline counterpart. Can be made, and even those with it are primarily similar in chemical composition. The spatial and energy relationships of these atoms are quite different between amorphous and crystalline forms, but their chemical elements can be the same ... "Narrow range (or local) order is incorporated herein by reference." Compositionally Varied Materials and M
Ovsh entitled "ethod for Synthesizing the Material"
This is detailed in insky U.S. Pat. No. 4,520,039. This patent describes how irregular materials do not require periodic local order and, using Ovshinsky's technology, the high accuracy and control of local placement so that new phenomena can be made quantitatively Discuss how spatial and orientational arrangements of similar or dissimilar atoms or groups of atoms are possible. Furthermore, the patent states that the atoms used are "d-band" or "f-band"
The regulatory aspects of interaction with the local environment are not limited to the physical properties (and thus function) of the material
It is argued that any atom that plays a prominent role physically, electrically or chemically so as to affect the These techniques provide a means to synthesize new materials that are simultaneously irregular in several different senses.

そのような不規則材料から水素化金属合金を形成する
ことにより、Ovshinskyと彼のチームは効率的で経済的
なバッテリーの利用に必要とされる可逆的な水素貯蔵特
性を大きく高めることができ、高密度エネルギー貯蔵、
効率的可逆性、高い電気効率、構造的変化または能力減
のない本体水素貯蔵性、長いサイクルライフおよび高い
放電能力を有するバッテリーを作ることができる。
By forming hydride metal alloys from such random materials, Ovshinsky and his team could greatly enhance the reversible hydrogen storage properties required for efficient and economical battery utilization, High density energy storage,
Batteries can be made with efficient reversibility, high electrical efficiency, body hydrogen storage without structural changes or loss of capacity, long cycle life and high discharge capacity.

これらの合金の向上した特徴は局所的な化学的秩序を
注文通りに適合するように作ることから得られ、よっ
て、選択された改質剤元素のホストマトリックス中への
導入による局所的な構造秩序から得られる。不規則水素
化合物は、単純で規則性のある結晶材料に比較して、触
媒活性のある部位および貯蔵部位の実質的に増加した密
度を有する。これらの追加的な部位は、電気化学的充電
/放電の向上した効率および電気化学的エネルギー貯蔵
容量の増加の寄与する。貯蔵部位の性質と数は触媒活性
部位とは独立して設計することさえできる。より具体的
には、これらの合金は、第二のバッテリーでの利用にお
いて使用に適する可逆性の範囲内の結合力で解離水素原
子の本体貯蔵が可能なように仕上げられる。
The enhanced characteristics of these alloys derive from tailoring the local chemical order and thus the local structural order by introducing selected modifier elements into the host matrix. Obtained from Disordered hydrides have a substantially increased density of catalytically active sites and storage sites as compared to simple, ordered crystalline materials. These additional sites contribute to improved efficiency of electrochemical charging / discharging and increased electrochemical energy storage capacity. The nature and number of storage sites can even be designed independently of the catalytically active sites. More specifically, these alloys are tailored to allow for the main storage of dissociated hydrogen atoms with a binding force within a reversible range suitable for use in second battery applications.

上記の先駆的原理に基づいて、最も効率的な電気化学
水素貯蔵材料の一部が配合された。これらには、改質La
Ni5系ならびにTiVZrNi系の活性材料が挙げられる。Ti−
V−Zr−Ni系の活性材料は、引用してここに組み込まれ
る米国特許第4,551,400号(「'400特許」)に開示され
ている。これらの材料は、水素を貯蔵するために水素化
物を可逆的に形成する。'400特許に用いられるすべての
材料が一般的にTi−V−Ni組成(ここで、少なくともT
i、VおよびNiが少なくとも一種類以上のCr、ZrおよびA
lとともに存在する)を利用する。'400特許の材料は多
相材料であり、それらはC14およびC15系の結晶構造を有
する一種類以上のTiVZrNi系相を含むが、これに限定さ
れない。以下の式が'400特許に具体的に開示されてい
る: (TiV2-xNix1-yMy (ここで、xは0.2と1.0との間にあり;yは0.0と0.2との
間にあり;そしてM=AlまたはZrである)、 Ti2-xZrxV4-yNiy (ここで、Zrは部分的にTiの代わりに置換され;xは0.0
と1.5との間にあり;そしてyは0.6と3.5との間にあ
る);そして Ti1-xCrxV2-yNiy (ここで、Crは部分的にTiの代わりに置換され;xは0.0
と0.75との間にあり;そしてyは0.2と1.0との間にあ
る。) 他のTi−V−Zr−Ni合金は再充電可能な水素貯蔵陰極
のために用いてもよい。材料のそのような一つのファミ
リーは、ここに引用して組み込まれるVenkatesan、Reic
hman、およびFetcenkoの米国特許第4,728,586号(「'58
6特許」)(Enhanced Charge Retention Electrochemic
al Hydrogen Storage Alloys and an Enhanced Charge
Retention Electrochemical Cell)に記載されたもので
ある。'586特許は、Ti、V、Zr、Niおよび第5成分のCr
からなるこれらのTi−V−Ni−Zr合金の特定のサブクラ
スを記載する。
Based on the pioneering principles described above, some of the most efficient electrochemical hydrogen storage materials have been formulated. These include modified La
Active materials based on Ni 5 and TiVZrNi can be mentioned. Ti−
Active materials based on the V-Zr-Ni system are disclosed in U.S. Pat. No. 4,551,400 ("the '400 patent"), which is incorporated herein by reference. These materials form hydrides reversibly to store hydrogen. All materials used in the '400 patent generally have a Ti-V-Ni composition (where at least T
i, V and Ni have at least one kind of Cr, Zr and A
l). '400 patent materials are multiphase materials, which comprises one or more TiVZrNi type phases with a crystal structure of the C 14 and C 15 type, but is not limited thereto. The following formula is specifically disclosed in the '400 patent: (TiV 2-x Ni x ) 1-y M y (where x is between 0.2 and 1.0; y is between 0.0 and 0.2 And M = Al or Zr), Ti 2-x Zr x V 4-y Ni y (where Zr is partially substituted for Ti; x is 0.0
Lies between 1.5 when; and y is 0.6 to be between 3.5); and Ti 1-x Cr x V 2 -y Ni y ( where, Cr is partially substituted for Ti; x is 0.0
And between 0.75; and y is between 0.2 and 1.0. ) Other Ti-V-Zr-Ni alloys may be used for rechargeable hydrogen storage cathodes. One such family of materials is Venkatesan, Reic, incorporated herein by reference.
U.S. Pat. No. 4,728,586 to Hman and Fetcenko ("'58
6 patents)) (Enhanced Charge Retention Electrochemic
al Hydrogen Storage Alloys and an Enhanced Charge
Retention Electrochemical Cell). The '586 patent covers Ti, V, Zr, Ni and the fifth component Cr.
A specific subclass of these Ti-V-Ni-Zr alloys consisting of

'586特許の特に好ましい実例において、合金は以下の
組成を有する: (Ti2-xZrxV4-yNiy1-zCrz ここで、xは0.00から1.5までであり、yは0.6から3.5
までであり、そしてzは0.20未満の効果的量である。こ
れらの合金は化学量論的には80原子%のV−Ti−Zr−Ni
部分および20原子%までのCrからなる(ここで、(Ni+
V+任意の改質剤)に対する(Ti+Zr+Cr+任意の改質
剤)の比率は0.40と0.67との間にある)とみなしてもよ
い。'586特許は、合金のTi、V、Zr、NiおよびCr成分を
超える添加物質と改質剤の可能性を示し、特定の添加物
質および改質剤、これらの改質剤の量と相互作用、およ
びそれらから予想することのできる特別の利点を一般的
に議論している。
In a particularly preferred example of the '586 patent, the alloy has the following composition: (Ti 2-x Zr x V 4-y Ni y) , where 1-z Cr z, x is from 0.00 to 1.5, y is 0.6 to 3.5
And z is an effective amount of less than 0.20. These alloys are stoichiometrically 80 atomic% V-Ti-Zr-Ni
Part and up to 20 at.% Cr (where (Ni +
The ratio of (Ti + Zr + Cr + optional modifier) to (V + optional modifier) may be between 0.40 and 0.67). The '586 patent shows the potential for additives and modifiers beyond the Ti, V, Zr, Ni and Cr components of the alloy, specific additives and modifiers, the amount and interaction of these modifiers , And the particular advantages that can be expected from them.

'586特許に記載されているV−Ti−Zr−Ni系列は、以
前に記載された合金よりも内在的に高い放電速度能を有
している。これは、V−Ti−Zr−Ni材料から作られる電
極のための金属/電解質界面における実質的に高い表面
積の結果である。V−Ti−Zr−Ni合金の表面粗因子(幾
何学的表面積で割った全表面積)は約10,000である。こ
の値は非常に高い表面積を示し、これらの材料の内因的
に高い容量により支持されている。
The V-Ti-Zr-Ni series described in the '586 patent has an intrinsically higher discharge rate capability than previously described alloys. This is a result of the substantially higher surface area at the metal / electrolyte interface for electrodes made from V-Ti-Zr-Ni materials. The surface roughness factor (total surface area divided by geometric surface area) of the V-Ti-Zr-Ni alloy is about 10,000. This value represents a very high surface area and is supported by the intrinsically high capacity of these materials.

金属/電解質界面の特徴的表面粗性は材料の不規則性
質の結果である。すべての構成元素、ならびに多くの合
金およびそれらの相は金属全体にわたって存在するの
で、それらも、表面で、および金属/電解質界面に形成
する亀裂で表われる。よって、特徴的な表面粗性は、ア
ルカリ環境でのホスト金属ならびに合金の物理的および
化学的性質の相互作用および合金の結晶学的な相を説明
するものである。水素貯蔵合金材料内の個々の相のこれ
らの顕微鏡的、化学的、物理的および結晶学的パラメー
ターはその巨視的な電気化学特性を決定するのに重要で
あると思われる。
The characteristic surface roughness of the metal / electrolyte interface is a result of the irregular nature of the material. Since all constituent elements, as well as many alloys and their phases, are present throughout the metal, they are also manifested by cracks that form at the surface and at the metal / electrolyte interface. Thus, the characteristic surface roughness describes the interaction of the physical and chemical properties of the host metal and alloy in an alkaline environment and the crystallographic phase of the alloy. These microscopic, chemical, physical and crystallographic parameters of the individual phases within the hydrogen storage alloy material appear to be important in determining its macroscopic electrochemical properties.

その粗面化表面の物理的性質に加えて、V−Ti−Zr−
Ni合金は定常状態表面組成と粒子サイズを達成する傾向
がある。この現象は米国特許第4,716,088号に記載され
ている。この定常状態表面組成は比較的高い濃度の金属
ニッケルにより特徴付けられる。これらの観察は、チタ
ンおよびジルコニウムの酸化物の析出による比較的高い
速度での表面からの除去およびニッケル可溶化の低い速
度と一致し、表面に多孔性を付与する。得られる表面
は、水素貯蔵陰極の本体組成から予想される高い濃度の
ニッケルを有するように思われる。金属状態のニッケル
は電導性と触媒作用があり、これらの特徴を表面に付与
する。その結果、水素貯蔵陰極の表面は、表面が高濃度
の絶縁性酸化物を含んだ場合よりもさらに触媒作用があ
り、電導性がある。
In addition to the physical properties of the roughened surface, V-Ti-Zr-
Ni alloys tend to achieve steady state surface composition and particle size. This phenomenon is described in U.S. Pat. No. 4,716,088. This steady state surface composition is characterized by a relatively high concentration of metallic nickel. These observations are consistent with removal of titanium and zirconium from the surface at relatively high rates by precipitation of oxides and low rates of nickel solubilization, imparting porosity to the surface. The resulting surface appears to have a high concentration of nickel expected from the body composition of the hydrogen storage cathode. Nickel in the metallic state has conductivity and catalysis, and imparts these features to the surface. As a result, the surface of the hydrogen storage cathode is more catalytic and conductive than if the surface contained a high concentration of insulating oxide.

上記のTi−V−Zr−Niに基づく合金とは対照的に、改
質LaNi5系の合金は通常、異なる化学と微少構造を有す
る「規則材料」と考えられ、Ti−V−Zr−Ni合金と比べ
て異なる電気化学的特性を示す。しかし、分析には、初
期の未改質LaNi5系の合金は規則材料であってもよかっ
た一方で、より最近開発され、高度に改質されたLaNi5
合金はそうではないことを示している。初期の規則LaNi
5合金の性能は不十分であった。しかし、現在使用され
ている改質LaNi5合金は(元素状改質剤の数と量が増加
するにしたがって)高度な改質を有し、これらの合金の
性能は顕著に向上した。これは、改質剤ならびにそれら
の電気学的および化学的性質により与えられる不規則の
ためである。特定のクラスの「規則」材料から、Ti−V
−Zr−Ni合金の現在非常に類似する最近の多成分の多相
「不規則」合金までの改質LaNi5系合金のこの発展は以
下の特許に示されている:(i)米国特許第3,874,928
号、(ii)米国特許第4,214,043号、(iii)米国特許第
4,107,395号、(iv)米国特許第4,107,405号、(v)米
国特許第4,112,199号、(vi)米国特許第4,125,688号、
(vii)米国特許第4,214,043号、(viii)米国特許第4,
216,274号、(ix)米国特許第4,487,817号、(x)米国
特許第4,605,603号、(xii)米国特許第4,696,873号、
および(xiii)米国特許第4,699,856号(これらの参照
文献は米国特許第5,096,667号に広範に議論されてお
り、これらは引用してここに特に組み込まれる)。
In contrast to the alloys based on the above Ti-V-Zr-Ni, modified LaNi 5 type alloys are usually considered "ordered material" having different chemical and microstructure, Ti-V-Zr-Ni Shows different electrochemical properties compared to alloys. However, analysis has shown that while the early unmodified LaNi 5 based alloys could have been ordered materials, more recently developed and highly modified LaNi 5
Alloys show that this is not the case. Early rules LaNi
The performance of the five alloys was inadequate. However, the currently used modified LaNi 5 alloys had a high degree of modification (as the number and amount of elemental modifiers increased) and the performance of these alloys was significantly improved. This is due to irregularities imparted by the modifiers and their electrical and chemical properties. From a specific class of "rule" material, Ti-V
The development of modified LaNi 5 type alloy to multiphase "disordered" alloys recent multicomponent currently very similar -zr-Ni alloys is shown in the following patents: (i) U.S. Pat. No. 3,874,928
US Patent No. 4,214,043; (iii) US Patent No.
4,107,395, (iv) U.S. Patent No. 4,107,405, (v) U.S. Patent No. 4,112,199, (vi) U.S. Patent No. 4,125,688,
(Vii) U.S. Pat. No. 4,214,043; (viii) U.S. Pat.
216,274, (ix) U.S. Patent No. 4,487,817, (x) U.S. Patent No. 4,605,603, (xii) U.S. Patent No. 4,696,873,
And (xiii) U.S. Pat. No. 4,699,856 (these references are discussed extensively in U.S. Pat. No. 5,096,667, which are specifically incorporated herein by reference).

簡単に記載すれば、Ti−V−Zr−Ni系合金のような改
質LaNi5系合金において、改質度が高まるにしたがっ
て、初期の規則ベース合金の役割は、特別な改質剤に寄
与される性質および不規則に比べて二次的な重要性を有
するものとなる。さらに、最近の多成分改質LaNi5系の
合金は、これらの合金がTiVZrNi系系について確立され
た指針にしたがって改質されていることを示している。
高度に改質された改質LaNi5系合金とTiVrNi系合金は多
成分および多相により特徴付けられる不規則材料である
という点で両者は同一である。よって、これらの2種類
の多成分多相合金間に顕著な違いはもはや存在しない。
Briefly described, in the reforming LaNi 5 type alloy such as Ti-V-Zr-Ni based alloys, in accordance with modification degree is increased, the role of the early rule-based alloy, contributes to the special modifier And secondary importance compared to the nature and irregularities of the work. Furthermore, recent multi-component modified LaNi 5 -based alloys show that these alloys have been modified according to established guidelines for TiVZrNi-based systems.
Highly modified modified LaNi 5 type alloy and TiVrNi based alloy both in that it is disordered materials characterized by multiple-components and multiple phases are the same. Thus, there is no longer a significant difference between these two types of multi-component multi-phase alloys.

先行技術の不備 先行技術の水素貯蔵合金は多様な個々の改質剤と改質
剤の組合せを導入してそれらの性能特性を高めている
が、個々の改質剤の役割、改質剤とほかの合金の成分と
の相互作用、または改質剤の特定の操作パラメーターに
対する影響の明らかな教示は存在しない。高度に改質さ
れたLaNi5合金はよく秩序付けられた結晶性材料を分析
されていたが、特にこれらの効果は明確に理解されなか
った。
Prior art deficiencies Although prior art hydrogen storage alloys have introduced a variety of individual modifiers and combinations of modifiers to enhance their performance characteristics, the role of individual modifiers, There is no obvious teaching of the interaction with other alloy components or the effect of the modifier on particular operating parameters. Highly modified LaNi 5 alloys had been analyzed for well-ordered crystalline materials, but in particular their effects were not clearly understood.

先行技術の水素貯蔵合金は、一般的には向上した性能
属性(例えばサイクルライフ、放電速度、放電電圧、分
極、自己放電、低温容量および低温電圧)を提供するこ
とができる。しかし、先行技術の合金は、他の性能特性
の量的低減を犠牲にして一つか二つの性能特性の量的向
上を示す電池をもたらした。しばしば、これらの電池の
優れた性能特性はNiCd等の他の種類の電池の相応する特
性よりも僅かに優れているだけである。よって、先行技
術から作られるすべての電池は、性能特性は良いにせよ
悪いにせよエンジニアリングの妥協を表わし、よって電
池の意図される使用に注文通りに緊密に適合させた特定
目的の電池であった。
Prior art hydrogen storage alloys can generally provide improved performance attributes (eg, cycle life, discharge rate, discharge voltage, polarization, self-discharge, low temperature capacity and low temperature voltage). However, prior art alloys have resulted in cells that exhibit a quantitative improvement in one or two performance characteristics at the expense of a quantitative reduction in other performance characteristics. Often, the superior performance characteristics of these cells are only marginally better than the corresponding characteristics of other types of cells such as NiCd. Thus, all batteries made from the prior art were special purpose batteries whose performance characteristics represented a good or bad engineering compromise, and thus were closely tailored to the intended use of the battery. .

図面の簡単な説明 図1は酸化物層におけるニッケルに富む領域を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a nickel-rich region in an oxide layer.

発明の要約 本発明の一つの目的は、改良された容量を示す水素貯
蔵合金である。
SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is a hydrogen storage alloy that exhibits improved capacity.

本発明のこれらおよび他の目的は以下の電気化学水素
貯蔵合金および該合金の形成方法により満足させられ
る: (ベース合金)aCobMncFedSne (ここで、ベース合金は0.1〜60原子%のTi、0.1〜40原
子%のZr、0〜60原子%のV、0.1〜57原子%のNi、お
よび0〜56原子%のCrからなり;bは0〜7.5原子%;cは1
3〜17原子%;dは0〜3.5原子%;eは0〜1.5原子%;お
よびa+b+c+d+e=100原子%である。)からな
る不規則電気化学水素貯蔵合金。
These and other objects of the present invention are satisfied by the following electrochemical hydrogen storage alloys and methods of forming the alloys: (base alloy) a Co b Mnc c Fe d Sn e (where the base alloy is 0.1 to 60) Atomic% Ti, 0.1-40 atomic% Zr, 0-60 atomic% V, 0.1-57 atomic% Ni, and 0-56 atomic% Cr; b is 0-7.5 atomic%; c is 1
D is from 0 to 3.5 atomic%; e is from 0 to 1.5 atomic%; and a + b + c + d + e = 100 atomic%. ) Consisting of an irregular electrochemical hydrogen storage alloy.

Niに富む合金表面を酸化物表面に有する電気化学水素
貯蔵合金。
An electrochemical hydrogen storage alloy with a Ni-rich alloy surface on the oxide surface.

活性化中に優先的に腐食される成分を含有する電気化
学水素貯蔵合金を調製(配合)する工程;そして該合金
を活性化して該Niに富む領域を作る工程からなる、Niに
富む合金表面を酸化物表面に有する電気化学水素貯蔵合
金の形成方法。
Preparing (blending) an electrochemical hydrogen storage alloy containing components that are preferentially corroded during activation; and activating the alloy to create the Ni-rich region. For forming an electrochemical hydrogen storage alloy having an oxide on the oxide surface.

第一電気化学水素貯蔵合金を配合する工程;活性化中
に優先的に腐食されてNiに富む領域を残す成分を含有す
る成分を含有する第二合金を配合する工程;該第一合金
と該第二合金とを機械的に合金にする工程;そして機械
的に合金にされた該第一第二合金を活性化する工程から
なる、Niに富む合金表面を酸化物表面に有する電気化学
水素貯蔵合金の形成方法。
Compounding a first electrochemical hydrogen storage alloy; compounding a second alloy containing a component containing a component that is preferentially corroded during activation to leave a Ni-rich region; Electrochemically hydrogen storage having a Ni-rich alloy surface on an oxide surface, comprising: mechanically alloying a second alloy with the first alloy; and activating the mechanically alloyed first second alloy. The method of forming the alloy.

次の組成: (ベース合金)aCobMncFedSne (ここで、ベース合金は0.1〜60原子%のTi、0.1〜40原
子%のZr、0〜60原子%のV、0.1〜57原子%のNi、お
よび0〜56原子%のCrからなり;bは0〜7.5原子%;cは1
3〜17原子%;dは0〜3.5原子%;eは0〜1.5原子%;お
よびa+b+c+d+e=100原子%である。)を有す
る不規則電気化学合金からなる陰極を有する電気化学水
素貯蔵電池。
Following composition: at (Base Alloy) a Co b Mn c Fe d Sn e ( here, base alloy 0.1 to 60 atomic% of Ti, 0.1 to 40 atomic% of Zr, 0 to 60 atomic% of V, 0.1 to Consists of 57 at% Ni and 0 to 56 at% Cr; b is 0 to 7.5 at%; c is 1
D is from 0 to 3.5 atomic%; e is from 0 to 1.5 atomic%; and a + b + c + d + e = 100 atomic%. An electrochemical hydrogen storage battery having a cathode composed of an irregular electrochemical alloy having

発明の詳細な説明 本発明の不規則水素化金属合金材料は、構成原子の三
次元相互作用およびそれらの多様な軌道を変えることに
より特異な二次元および三次元の電子配置を持つように
設計される。これらの合金の不規則性は、組成的、位置
的および並進的関係性に由来し、ならびに通常の結晶性
対称性により相互作用する自由において限定されない原
子微結晶の数、位置およびサイズにより提供される不規
則性に由来する。この不規則性は、本体にわたって、ま
たは材料の多数の領域に提供される組成的または配置的
不規則性の形の原始的性質を有することができる。これ
らの不規則合金は、先行技術の多くの電極合金に用いら
れるような単一相材料を提供する高度に規則的な結晶構
造よりも低い秩序を有する。本発明により改良水素貯蔵
特性に局所的な構造化学環境を提供する不規則構造の種
類は、広範囲の組成秩序を欠く多成分多結晶材料、微結
晶材料、一種類以上の相を有する無定形材料、無定形お
よび結晶相の両方を含有する多相材料、またはそれらの
混合物である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The disordered hydride metal alloy materials of the present invention are designed to have unique two-dimensional and three-dimensional electronic configurations by altering the three-dimensional interactions of the constituent atoms and their various orbitals. You. The irregularities of these alloys derive from compositional, positional and translational relationships, and are provided by the number, position and size of atomic crystals that are free to interact with normal crystal symmetry. From irregularities. This irregularity can have primitive properties in the form of compositional or positional irregularities provided over the body or over multiple areas of the material. These disordered alloys have a lower order than a highly ordered crystal structure that provides a single phase material as used in many prior art electrode alloys. The types of irregular structures that provide a local structural chemical environment for improved hydrogen storage properties according to the present invention include multi-component polycrystalline materials, microcrystalline materials, and amorphous materials having one or more phases that lack a wide range of compositional orders. , A multiphase material containing both amorphous and crystalline phases, or mixtures thereof.

不規則水素化金属合金の骨格は一種類以上のホストマ
トリックスである。ホスト元素は通常は水素化物形成体
であるように選択され、軽量元素であることができる。
例えば、ホストマトリックス元素はLaNiまたはTiNiに基
づくものとすることができる。ホストマトリックス元素
は、水素化物形成体であってもなくともよい選択された
改質剤元素を導入することにより改質される。
The framework of the disordered metal hydride alloy is one or more host matrices. The host element is usually selected to be a hydride former and can be a lightweight element.
For example, the host matrix element can be based on LaNi or TiNi. The host matrix element is modified by introducing a selected modifier element which may or may not be a hydride former.

本発明者らは、最初のホストマトリックス材料とは関
係なく、(本発明に記載されているような)多数の改質
剤元素が導入される場合に、得られるものは、優れた電
気化学性質を有する不規則材料であることを熱心な分析
を通して発見した。電気化学性質の向上は触媒活性のあ
る水素貯蔵部位の数と範囲の増加のためである。特に、
多軌道改質剤(例えば遷移元素)は、利用することので
きる多様な結合配置のためにかなり増加した数の貯蔵部
位を提供する。これはエネルギー密度の増加をもたら
す。高レベルの不規則性を有する非平衡材料をもたらす
改質は独自の結合配置、軌道の重なり(よって結合部位
の範囲)を提供する。異なる程度の軌道オーバーラップ
および不規則構造のために、わずかな構造的再配置が、
充電/放電サイクル中、または試験期間中に起こって、
長いサイクルと貯蔵寿命をもたらす。
We believe that when multiple modifier elements (as described in the present invention) are introduced, independent of the original host matrix material, the result is excellent electrochemical properties. It has been found through enthusiastic analysis that it is an irregular material having The improvement in electrochemical properties is due to an increase in the number and range of catalytically active hydrogen storage sites. In particular,
Multi-orbital modifiers (eg, transition elements) provide a significantly increased number of storage sites due to the variety of bonding arrangements available. This leads to an increase in energy density. Modifications that result in a non-equilibrium material with a high level of disorder provide a unique bond configuration, orbital overlap (and thus range of bond sites). Due to different degrees of orbital overlap and irregular structure, slight structural rearrangements
Happens during a charge / discharge cycle or during a test,
Provides long cycle and shelf life.

本発明の電極材料の水素貯蔵特性および他の電気化学
的特性は、陰極材料を作るために選択されるホストマト
リックス材料および改質剤元素の種類と量に依存して調
節可能に変えることができる。本発明の陰極合金は、長
いサイクルライフにも寄与する選択的に設計される貯蔵
部位および触媒活性部位の増加した数のために、毒化に
よる分解に対して耐性がある。また、材料中に設計され
る部位の一部は活性水素部位に影響を与えることなく、
毒化と結合でき耐えることができる。このようにして形
成された材料は非常に低い自己放電を有し、よって良好
な貯蔵寿命を有している。
The hydrogen storage properties and other electrochemical properties of the electrode materials of the present invention can be tunably varied depending on the type and amount of host matrix material and modifier elements selected to make the cathode material. . The cathode alloys of the present invention are resistant to degradation by poisoning due to the increased number of selectively designed storage sites and catalytically active sites that also contribute to long cycle life. Also, some of the sites designed in the material do not affect the active hydrogen sites,
Can combine with poisoning and withstand. The material thus formed has a very low self-discharge and thus has a good shelf life.

米国特許第4,716,088号で議論されているように(そ
の開示は引用してここに組み込まれる)、V−Ti−Zr−
Ni合金の定常状態表面組成は、比較的高い濃度の金属ニ
ッケルを有するものとして特徴付けることができる。本
発明の一つの特徴は、これらニッケル領域の発生頻度の
顕著な増加ならびにこれらの領域のさらに顕著な局所化
である。さらに具体的には、本発明の材料は、酸化物界
面にわたって分布された直径50〜70Åのニッケルに富む
領域を有し、該領域間の距離は場所により2〜300Å、
好ましくは50〜100Åである。これは図1に具体的に示
され、ここでニッケル領域1は酸化界面の表面上で、17
8,000倍で顆粒として現れるものとして示される。これ
らのニッケル領域の発生頻度の増加の結果として、本発
明の材料は顕著に増加した触媒作用と電導性を示す。本
発明におけるNi領域の増加密度は、Niに富む表面を有す
る粉末粒子を提供する。本発明以前には、Ni濃縮はマイ
クロカプセル化を用いる試みで成功しなかった。Niカプ
セル化の方法は金属−電解質界面で約100Å厚みの層の
析出をもたらす。そのような量は過剰であり、性能特性
の向上をもたらさない。
As discussed in U.S. Patent No. 4,716,088 (the disclosure of which is incorporated herein by reference), V-Ti-Zr-
The steady state surface composition of the Ni alloy can be characterized as having a relatively high concentration of metallic nickel. One feature of the present invention is a significant increase in the frequency of occurrence of these nickel regions as well as a more pronounced localization of these regions. More specifically, the material of the present invention has a nickel-rich region with a diameter of 50-70 ° distributed over the oxide interface, the distance between the regions being 2-300 ° depending on the location,
Preferably it is 50-100 °. This is illustrated in FIG. 1 where the nickel region 1 is located on the surface of the oxidized interface.
Shown as appearing as granules at 8,000 times. As a result of the increased frequency of these nickel regions, the materials of the present invention exhibit significantly increased catalysis and conductivity. The increased density of the Ni region in the present invention provides a powder particle having a Ni-rich surface. Prior to the present invention, Ni enrichment was unsuccessful in attempts to use microencapsulation. The method of Ni encapsulation results in the deposition of a layer about 100 mm thick at the metal-electrolyte interface. Such amounts are excessive and do not result in improved performance characteristics.

本発明のNiに富む領域は二つの一般的な作成方法によ
り作ることができる。
The Ni-rich region of the present invention can be made by two general methods of making.

1)活性化中に優先的に腐食される表面領域を有する合
金を特別に調製(配合)して、ここに記載のNiに富む領
域を作る。理論に縛られたくはないが、例えば、Niは特
定の表面領域でAl等の元素と共同し、この元素は活性化
中に優先的に腐食されて、上記のNiに富む領域を残すと
考えられる。ここで用いられる「活性化」は具体的に
は、「エッチング」、または電極合金粉末、完成電極に
適用され、または水素転移速度を向上させるためにその
間のいずれかの点に適用される、例えば米国特許第4,71
6,088号に記載の過剰な酸化物を除去するための他の方
法を指している。
1) The alloy having a surface area that is preferentially corroded during activation is specially prepared (blended) to create the Ni-rich area described herein. Without wishing to be bound by theory, for example, it is believed that Ni cooperates with elements such as Al in certain surface regions, and that these elements are preferentially corroded during activation, leaving the above-mentioned Ni-rich regions. Can be As used herein, "activation" is specifically applied to "etching," or electrode alloy powders, finished electrodes, or at any point in between to improve the hydrogen transfer rate, e.g., US Patent 4,71
No. 6,088 describes another method for removing excess oxide.

2)第2合金を水素化バッテリー合金と機械的に合金化
し、ここで第二合金は優先的に腐食されてニッケルに富
む領域を残す。そのような二次合金の実例はNiAlであ
る。
2) mechanically alloy the second alloy with the hydrogenated battery alloy, where the second alloy is preferentially corroded, leaving nickel-rich regions. An example of such a secondary alloy is NiAl.

Ovonic、TiVZrNi系、改質LaNi5系、ミッシュメタル、
およびLaNi5合金ならびに係属中の米国特許出願第08/25
9,793号に記載のMg合金等の、しかしこれらに限定され
ないすべての公知の水素化バッテリー合金システムのた
めにNiに富む領域を有する合金を配合することができ
る。
Ovonic, TiVZrNi system, modified LaNi 5 system, misch metal,
And LaNi 5 alloy and pending U.S. patent application Ser.
Alloys having Ni-rich regions can be formulated for all known hydrogenated battery alloy systems, such as, but not limited to, the Mg alloys described in US Pat. No. 9,793.

Niに富む領域を作るために上記1)および2)に記載
のように特別に配合されるか、または機械的に第二合金
との合金にすることのできる水素化物合金のより具体的
な実例は以下の通りである:式ZrMnwVxMyNizにより表わ
される合金(ここで、MはFeまたはCoであり、w、x、
yおよびzは各元素のモル比であり、ここで0.4≦w≦
0.8、0.1≦x≦0.3、0≦y≦0.2、1.0≦z≦1.5、およ
び2.0≦w+x+y+z≦2.4である)。LaまたはNiの成
分のいずれかが、0.1%よりも高く25%よりも低い原子
比で、ランタニド以外の元素の周期表の第I a、II、II
I、IVおよびV a族から選択される金属Mにより置換され
ている式LaNi5に実質的に対応する合金。式TiV2-xNi
x(ここで、x=0.2〜0.6である。)を有する合金。式T
iaZrbNicCrdMx(ここで、MはAl、Si、V、Mn、Fe、C
o、Cu、Nb、AgまたはPdであり、0.1≦a≦1.4、0.1≦b
≦1.3、0.25≦c≦1.95、0.1≦d≦1.4、a+b+c+
d=3、0≦x≦0.2である。)を有する合金。式ZrMod
Mie(ここで、d=0.1〜1.2およびe=1.1〜2.5であ
る。)を有する合金。式Ti1-xZrxMn2-y-zCryVz(ここ
で、0.05≦x≦0.4、0≦y≦1.0、および0≦z≦0.4
である。)を有する合金。式LnM5(ここで、Lnは少なく
とも一つのランタニド金属であり、MはNiおよびCoから
なる群から選択される少なくとも一つの金属である。)
を有する合金。周期表の第II、IVおよびV族から選択さ
れる40〜75重量%の合金を形成する少なくとも一つの遷
移金属、および少なくとも一つの遷移金属と合金にされ
る合金の残部を構成する少なくとも一つの追加金属(こ
の追加金属はNi、Cu、Ag、Fe、およびCr−Ni鋼からなる
群から選択される)からなる合金。Mm−Niシステムの主
要な組織;および各成分相が主要組織中で分離される複
数の化合物相(ここで、各化合物相の容量は10μm3未満
である)からなる合金。
More specific examples of hydride alloys that can be specially formulated as described in 1) and 2) above to create a Ni-rich region, or can be mechanically alloyed with a second alloy are as follows: alloy (here represented by the formula ZrMn w V x M y Ni z , M is Fe or Co, w, x,
y and z are molar ratios of each element, where 0.4 ≦ w ≦
0.8, 0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.2, 1.0 ≦ z ≦ 1.5, and 2.0 ≦ w + x + y + z ≦ 2.4). Any of the La or Ni components has an atomic ratio of greater than 0.1% and less than 25%, and is an Ia, II, II of the Periodic Table of Elements other than Lanthanides
I, substantially corresponding alloy to formula LaNi 5 which is substituted by a metal M selected from IV and V a group. Formula TiV 2-x Ni
An alloy having x (where x = 0.2-0.6). Formula T
i a Zr b Ni c Cr d M x (where M is Al, Si, V, Mn, Fe, C
o, Cu, Nb, Ag or Pd, 0.1 ≦ a ≦ 1.4, 0.1 ≦ b
≦ 1.3, 0.25 ≦ c ≦ 1.95, 0.1 ≦ d ≦ 1.4, a + b + c +
d = 3 and 0 ≦ x ≦ 0.2. ). Formula ZrMo d
An alloy having Mi e, where d = 0.1-1.2 and e = 1.1-2.5. The formula Ti 1-x Zr x Mn 2-yz Cr y V z (where 0.05 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 1.0, and 0 ≦ z ≦ 0.4
It is. ). Wherein LNM 5 (wherein, Ln is at least one lanthanide metal, M is at least one metal selected from the group consisting of Ni and Co.)
An alloy having At least one transition metal forming an alloy of 40-75% by weight selected from groups II, IV and V of the periodic table and at least one transition metal forming the balance of the alloy alloyed with the at least one transition metal An alloy comprising an additional metal, wherein the additional metal is selected from the group consisting of Ni, Cu, Ag, Fe, and Cr-Ni steel. An alloy consisting of the main structure of the Mm-Ni system; and a plurality of compound phases in which each component phase is separated in the main structure, wherein the volume of each compound phase is less than 10 μm 3 .

Niに富む領域を有する最も好ましい合金は、以下の組
成を有する合金である: (ベース合金)aCobMncFedSne ここで、ベース合金は、0.1〜60原子%のTi、0.1〜40
原子%のZr、0〜60原子%のV、0.1〜57原子%のNi、
および0〜56原子%のCrからなり;bは0〜7.5原子%;c
は13〜17原子%;dは0〜3.5原子%;eは0〜1.5原子%;
およびa+b+c+d+e=100原子%である。
The most preferred alloy having a Ni-rich region is an alloy having the following composition: (base alloy) a Co b Mnc c Fe d Sn e wherein the base alloy is 0.1 to 60 atomic% Ti, 0.1 to 0.1 atomic%. 40
Atomic% Zr, 0-60 atomic% V, 0.1-57 atomic% Ni,
And 0-56 at% Cr; b is 0-7.5 at%; c
Is 13-17 atomic%; d is 0-3.5 atomic%; e is 0-1.5 atomic%;
And a + b + c + d + e = 100 atomic%.

本発明のNi領域の作成は、チタンおよびジルコニウム
の酸化物の析出による比較的高い速度での表面からの除
去およびニッケル可溶化の低い速度と一致し、多孔度を
表面に提供する。得られた表面は、水素貯蔵陰極の本体
組成からの予想されるよりも高い濃度のニッケルを有す
る。金属状態のニッケルは電導性および触媒作用があ
り、これらの性質を表面に付与する。その結果、水素貯
蔵陰極の表面は、表面が高濃度の絶縁性酸化物を含有し
た場合よりもさらに触媒作用と導電性がある。
The creation of the Ni region of the present invention is consistent with the relatively high rate of removal from the surface by the deposition of titanium and zirconium oxides and the low rate of nickel solubilization, providing porosity to the surface. The resulting surface has a higher concentration of nickel than expected from the body composition of the hydrogen storage cathode. Nickel in a metallic state has electrical conductivity and catalytic action, and imparts these properties to the surface. As a result, the surface of the hydrogen storage cathode is more catalytic and conductive than if the surface contained a high concentration of insulating oxide.

本発明の合金を配合する際の一つの重要な考慮は、特
別な電気化学合金を作るために腐食および不動態化の特
性の適当なバランスを有する特定の合金の配合に関す
る。本発明によれば、このプロセスは以下の表1に示さ
れたものより改質剤を選択することを伴う。
One important consideration in formulating the alloys of the present invention relates to formulating specific alloys having an appropriate balance of corrosion and passivation properties to make a particular electrochemical alloy. According to the present invention, this process involves selecting a modifier from those shown in Table 1 below.

通常、改質剤として添加されると表1に記載の元素は
最終合金混合物に以下の寄与を行う: i)第I族の元素は腐食ならびに貯蔵および結合特性を
変える; ii)第II族のV、Ti、およびZrは結合強度および腐食を
変え、Cr、Al、FeおよびSnは腐食、不動態化および触媒
現象を変える; iii)第III族のすべての元素がガラス形成剤であり、結
晶格子の形成に影響を与える;そして iv)第IV族のCu、Th、Si、Zn、Li、LaおよびFは不規則
性に影響を与え、状態の密度を変える。
Usually, when added as a modifier, the elements listed in Table 1 make the following contributions to the final alloy mixture: i) Group I elements alter corrosion and storage and bonding properties; ii) Group II elements V, Ti, and Zr alter bond strength and corrosion; Cr, Al, Fe, and Sn alter corrosion, passivation, and catalytic phenomena; iii) All elements of group III are glass formers, Affects the formation of the lattice; and iv) Group IV Cu, Th, Si, Zn, Li, La and F affect the disorder and change the density of states.

ここに用いられる「ベース合金」との言葉は、(この
用語が米国特許第4,551,400号に記載されているよう
に)無定形、微結晶、多結晶、およびこれら構造の組合
せからなる群から選択される少なくとも一つの構造を有
する不規則多成分合金であるベース合金を有する不規則
合金を意味する。「無定形」、「微結晶」、および「多
結晶」との用語は、開示が引用してここに組み込まれる
米国特許第4,623,597号に定義されているように用いら
れる。本発明の合金は特定の構造に限定されない。好ま
しくは、本発明の材料は、不規則構造を有するものとし
て分類され、AB、TiVZrNi系、改質LaNi5、LaNi5,ミッシ
ュメタル、C14、C15、レーベ相等の多様な他の用語によ
って通常言及される材料を包含する。
The term "base alloy" as used herein is selected from the group consisting of amorphous, microcrystalline, polycrystalline, and combinations of these structures (as that term is described in U.S. Patent No. 4,551,400). Means a disordered alloy having a base alloy that is a disordered multi-component alloy having at least one structure. The terms “amorphous”, “crystallite”, and “polycrystalline” are used as defined in US Pat. No. 4,623,597, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The alloy of the present invention is not limited to a particular structure. Preferably, the material of the present invention is classified as having a disordered structure, AB, TiVZrNi type, modified LaNi 5, LaNi 5, mischmetal, C 14, C 15, by a variety of other terms such Loeve phase Includes materials commonly mentioned.

ベース合金のより具体的な実例は以下の通りである:
式ZrMnwVxMyNiz(ここで、MはFeまたはCoであり、w、
x、yおよびzは各元素のモル比であり、ここで0.4≦
w≦0.8、0.1≦x≦0.3、0≦y≦0.2、1.0≦z≦1.5、
および2.0≦w+x+y+z≦2.4である。)により表わ
される合金。LaまたはNiの成分の一つが、0.1%よりも
高く25%よりも低い原子比で、ランタニド以外の元素の
周期表の第I a、II、III、IVおよびV a族から選択され
る金属Mにより置換される式LaNi5に実質的に対応する
合金。式TiaZrbNicCrdMx(ここで、MはAl、Si、V、M
n、Fe、Co、Cu、Nb、AgまたはPdであり、0.1≦a≦1.
4、0.1≦b≦1.3、0.25≦c≦1.95、0.1≦d≦1.4、a
+b+c+d=3、0≦x≦0.2である。)を有する合
金。式ZrModNie(ここで、d=0.1〜1.2およびe=1.1
〜2.5である。)を有する合金。式Ti1-xZrxMn2-y-zCryV
z(ここで、0.05≦x≦0.4、0≦y≦1.0、および0≦
z≦0.4である。)を有する合金。式LnM5(ここで、Ln
は少なくとも一つのランタニド金属であり、MはNiおよ
びCoからなる群から選択され少なくとも一つの金属であ
る。)を有する合金。周期表の第II、IVおよびV族から
選択される40〜75重量%の合金を形成する少なくとも一
つの遷移金属、および少なくとも一つの遷移金属と合金
化されて合金の残部を構成する少なくとも一つの追加金
属(この追加金属はNi、Cu、Ag、Fe、およびCr−Ni鋼か
らなる群から選択される)からなる合金。Mm−Niシステ
ムの主要な組織;および各成分相が主要組織中で分離さ
れる複数の化合物相(ここで、各化合物相の容量は10μ
m3未満である)からなる合金。
More specific examples of base alloys are as follows:
Formula ZrMn w V x M y Ni z ( wherein, M is Fe or Co, w,
x, y and z are molar ratios of each element, where 0.4 ≦
w ≦ 0.8, 0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.2, 1.0 ≦ z ≦ 1.5,
And 2.0 ≦ w + x + y + z ≦ 2.4. An alloy represented by). One of the components of La or Ni is a metal M selected from Group Ia, II, III, IV and Va of the Periodic Table of Elements other than Lanthanides, with an atomic ratio of more than 0.1% and less than 25%. An alloy substantially corresponding to the formula LaNi 5 replaced by Formula Ti a Zr b Ni c Cr d M x (where M is Al, Si, V, M
n, Fe, Co, Cu, Nb, Ag or Pd, and 0.1 ≦ a ≦ 1.
4, 0.1 ≦ b ≦ 1.3, 0.25 ≦ c ≦ 1.95, 0.1 ≦ d ≦ 1.4, a
+ B + c + d = 3, and 0 ≦ x ≦ 0.2. ). The formula ZrMod d Ni e (where d = 0.1-1.2 and e = 1.1
~ 2.5. ). Formula Ti 1-x Zr x Mn 2-yz Cr y V
z (where 0.05 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 1.0, and 0 ≦
z ≦ 0.4. ). Equation LnM 5 (where Ln
Is at least one lanthanide metal and M is at least one metal selected from the group consisting of Ni and Co. ). At least one transition metal forming an alloy of 40-75% by weight selected from groups II, IV and V of the periodic table, and at least one transition metal alloyed with the at least one transition metal to form the balance of the alloy; An alloy comprising an additional metal, wherein the additional metal is selected from the group consisting of Ni, Cu, Ag, Fe, and Cr-Ni steel. The main structure of the Mm-Ni system; and a plurality of compound phases in which each component phase is separated in the main structure (where the volume of each compound phase is 10 μm).
m 3 ).

本発明に記載のベース合金の好ましい組成は、0.1〜6
0重量%のTi、0.1〜40原子%のZr、0〜60重量%のV、
0.1〜57原子%のNiおよび0〜56原子%のCrを含有す
る。このベース合金の最も好ましい組成は、0.1〜60重
量%のTi、0.1〜40原子%のZr、0.1〜60重量%のV、0.
1〜57原子%のNiおよび0〜56原子%のCrを含有する。
The preferred composition of the base alloy according to the present invention is 0.1 to 6
0 wt% Ti, 0.1-40 atomic% Zr, 0-60 wt% V,
Contains 0.1-57 at% Ni and 0-56 at% Cr. The most preferred composition of the base alloy is 0.1-60% by weight Ti, 0.1-40% by atom Zr, 0.1-60% by weight V, 0.
It contains 1-57 at% Ni and 0-56 at% Cr.

一般的に、本発明の合金は、先行技術の電池に比較し
て顕著に高い貯蔵容量および性能特性における他の顕著
な量的向上を示す水素化金属電池用陰極を有する。驚く
ことに、本発明の実施態様は、すべてではないが大部分
がそれらの性能特性の向上を示し、よって、万能的な応
用電池であるとみなすことができる。
In general, the alloys of the present invention have metal hydride battery cathodes that exhibit significantly higher storage capacity and other significant quantitative improvements in performance characteristics compared to prior art batteries. Surprisingly, most, if not all, embodiments of the present invention exhibit an improvement in their performance characteristics, and thus can be considered a universal application battery.

本発明にしたがえば、上記および発明の要約に記載の
本発明の好ましい合金はさらに不規則微少構造を有する
ものとして分類でき、ここで特定相中の水素は、低表面
積によるか、または限定された多孔性または触媒的性質
を有する酸化物によって、容易に放出されることはな
い。本発明の合金の具体例は以下の表2に示される。
In accordance with the present invention, the preferred alloys of the present invention described above and in the Summary of the Invention can be further classified as having an irregular microstructure, wherein the hydrogen in a particular phase is either due to a low surface area or is limited. It is not easily released by oxides having porous or catalytic properties. Specific examples of the alloy of the present invention are shown in Table 2 below.

Mnの添加の効果は、ベース合金が12〜17原子%Mnによ
り改質される本発明の陰極材料に見ることができる。さ
らに、Mnの効果はベース合金が以下の組合せのいずれか
の場合に改質される: (i)6.5〜7.5原子%のCo、13〜17原子%のMn、および
0.2〜2.5原子%のFe; (ii)5.5〜6.5原子%のCo、13.5〜14.5原子%のMn、1.
5〜2.5原子%のAl、および0.25〜1.0原子%のFe; (iii)3.5〜5.5原子%のCo、14.5〜15.5原子%のMn、
0.5〜2.5原子%のFe、および0.2〜1.0原子%のZn; (iv)3.5〜5原子%のCo、14.5〜15.5原子%のMn、0.5
〜2.5原子%のFe、および0.2〜1.0原子%のSn。
The effect of the addition of Mn can be seen in the cathode material of the present invention where the base alloy is modified with 12-17 atomic% Mn. In addition, the effect of Mn is modified when the base alloy is in any of the following combinations: (i) 6.5-7.5 atomic% Co, 13-17 atomic% Mn, and
0.2-2.5 at% Fe; (ii) 5.5-6.5 at% Co, 13.5-14.5 at% Mn, 1.
5-2.5 at% Al, and 0.25-1.0 at% Fe; (iii) 3.5-5.5 at% Co, 14.5-15.5 at% Mn,
0.5-2.5 at% Fe, and 0.2-1.0 at% Zn; (iv) 3.5-5 at% Co, 14.5-15.5 at% Mn, 0.5
~ 2.5 atomic% Fe, and 0.2-1.0 atomic% Sn.

Coは充電可能なバッテリーで最も広く用いられている
元素の一つとなっている。その限定された供給のため
に、Coは使用するのにより費用がかかるものともなって
いる。最近、Coの値段は5%上昇した。Coの値段は2000
年までには30%も増加すると予想されている。これらの
マーケットの影響力に応じて、発明者らは、最適化され
た合金が0〜6原子%の全Coを含有するように本発明の
合金に必要なCoの量を減少させることに成功した。特
に、表1に示された合金No.1を角柱形電気自動車バッテ
リーに用いることに成功した。
Co has become one of the most widely used elements in rechargeable batteries. Due to its limited supply, Co has also become more expensive to use. Recently, the price of Co has increased by 5%. The price of Co is 2000
By the year it is expected to increase by 30%. Depending on the impact of these markets, the inventors have succeeded in reducing the amount of Co required for the alloys of the present invention so that the optimized alloy contains 0-6 atomic% of total Co. did. In particular, the alloy No. 1 shown in Table 1 was successfully used for a prismatic electric vehicle battery.

理論に縛られたくはないが、本発明の合金において、
水素結合強度を電気化学的有用性の範囲外に有する層の
析出が抑制されるように、Mnは微少構造を変えると考え
られる。Mnがこれを達成するように思える一つの方法は
凝固中に主要相内の他の元素の相互溶解性を高めること
による。さらに、Mnは電気化学的に活性のある表面酸化
物で触媒として機能する。Mnの複数酸化状態は、活性酸
化表面酸化フィルムの多孔度、電導度および表面積を増
加させることにより電気化学的放電反応を触媒すると考
えられている。これは貯蔵容量に顕著な増加をもたらし
ている(図4を参照)。
Without wishing to be bound by theory, in the alloys of the present invention,
Mn is thought to alter the microstructure so that the deposition of layers having hydrogen bond strengths outside the range of electrochemical utility is suppressed. One way Mn seems to achieve this is by increasing the mutual solubility of other elements in the main phase during solidification. In addition, Mn is an electrochemically active surface oxide that functions as a catalyst. It is believed that the multiple oxidation states of Mn catalyze the electrochemical discharge reaction by increasing the porosity, conductivity and surface area of the active oxide surface oxide film. This has led to a significant increase in storage capacity (see FIG. 4).

増加する多孔度に加えて、Mnは増強された低温性能、
低電池圧力、および高いサイクルライフ等の他の効果を
有している。これらの効果は引用して組み込まれる米国
特許第5,277,999号に詳細に論じられている。
In addition to increasing porosity, Mn has enhanced low temperature performance,
It has other effects such as low battery pressure, and high cycle life. These effects are discussed in detail in US Pat. No. 5,277,999, which is incorporated by reference.

MnはFeに替わるものとして働くこともできる。理論に
縛られたくはないが、FeがなくてMnが存在していると、
Mnは、低温での水素の本体分散を促進することにより、
そしてさらに合金表面で水素とヒドロキシルイオンの反
応を触媒することにより低温での電気化学的放電反応を
助ける。そのような合金の低温性質のために、Mnの触媒
的性質は、Feが存在しないときにまたは少なくとも非常
に低い濃度で存在している場合に強調されるように思え
る。
Mn can also act as a replacement for Fe. Not wanting to be bound by theory, but without Fe and Mn,
Mn promotes the main body dispersion of hydrogen at low temperatures,
And furthermore, it catalyzes the reaction between hydrogen and hydroxyl ions on the alloy surface, thereby assisting the electrochemical discharge reaction at low temperature. Due to the low temperature properties of such alloys, the catalytic properties of Mn seem to be emphasized in the absence of Fe or at least at very low concentrations.

MnもCoの代わりに用いることができる。理論に縛られ
たくはないが、上記の合金において、Mnは微少構造を変
え、電気化学的に活性のある表面酸化物部分で触媒とし
て働くと考えられる。
Mn can also be used instead of Co. Without wishing to be bound by theory, it is believed that in the above alloys, Mn changes its microstructure and acts as a catalyst at the electrochemically active surface oxide portion.

MnおよびFeの利点のある効果も米国特許第5,096,667
号、米国特許第5,104,617号、および米国特許第5,238,7
56号に詳細に記載されている。これらはすべて引用して
ここに組み込まれる。
The beneficial effects of Mn and Fe are also described in U.S. Pat.No. 5,096,667
No. 5,104,617, and U.S. Pat.
No. 56 describes it in detail. All of which are incorporated herein by reference.

米国特許第5,104,617号において、水素化金属水素貯
蔵合金材料中のFeの混入は電気化学的性質に悪い影響を
与えると広く信じられている。この考えは、特にアルカ
リ性電解質の存在下にFeは容易に酸化され、腐食される
との知識によるものであった。酸化は水素化金属電極の
性能を多様に減少させ、Feの酸化物は先行技術におい
て、ニッケル水酸化物陽極、特に充電効率に、すなわち
容量とサイクルライフに悪い影響を与えることが知られ
ていた。
It is widely believed in U.S. Pat. No. 5,104,617 that the incorporation of Fe in metal hydride hydrogen storage alloy materials adversely affects electrochemical properties. This idea was based on the knowledge that Fe was easily oxidized and corroded, especially in the presence of an alkaline electrolyte. Oxidation variously reduces the performance of metal hydride electrodes, and oxides of Fe were known in the prior art to have a negative effect on nickel hydroxide anodes, especially on charging efficiency, i.e. capacity and cycle life .

本発明の合金の多くはMnを伴う。これらの合金へのMn
の添加の効果は米国特許第5,096,667号に一般的に記載
されている。Mnの添加は通常は向上した充電効率をもた
らす。理論に縛られたくはないが、この影響は、酸化抵
抗と酸素の再結合によって、Mnが加えられる合金の充電
効率を向上させるMnの能力から得られているように思わ
れる。水酸化ニッケル陽極で発生した酸素気体は、水素
化金属電極の表面で再結合したことが観察されている。
酸素の再結合は、アルカリ電極と比較しても、その環境
の特に活動的な酸化剤である。
Many of the alloys of the present invention involve Mn. Mn to these alloys
The effect of the addition of is generally described in US Pat. No. 5,096,667. The addition of Mn usually results in improved charging efficiency. Without wishing to be bound by theory, it appears that this effect is derived from Mn's ability to improve the charging efficiency of the alloy to which it is added by oxidation resistance and oxygen recombination. It has been observed that the oxygen gas generated at the nickel hydroxide anode recombined on the surface of the metal hydride electrode.
Oxygen recombination is a particularly active oxidant in the environment, even when compared to alkaline electrodes.

本発明のベース合金の改質剤元素、特にMnとFe、およ
び最も特にCoは、単独または例えばMn/Alとの組合せ
で、酸素の減少を触媒するように働くことで水素化金属
合金中の周囲元素の酸化を避けるが、減少させることが
できる。改質合金のこの機能は有害な表面酸化物の形成
および蓄積を減少させるか、または排除さえもして、よ
り薄く、より安定な表面を提供すると考えられている。
The modifier elements of the base alloy of the present invention, especially Mn and Fe, and most particularly Co, alone or in combination with, for example, Mn / Al, act to catalyze the reduction of oxygen in metal hydride alloys. Oxidation of surrounding elements is avoided but can be reduced. It is believed that this function of the modified alloy provides a thinner, more stable surface, with reduced or even eliminated formation and accumulation of harmful surface oxides.

理論に縛られたくはないが、以下の通りいくつかの追
加的な因子が本発明のベース合金中でMnおよびFeの予想
されない挙動を説明すると考えられる: (1)Mnと過剰なFeの組合せは、粒子境界に影響を与え
ることにより、もしくは金属内の水素の平衡結合強度に
影響を与えることにより、複合相構造の形成を通して金
属内の水素の本体拡散速度を阻害することによって本体
合金に影響を与えているのかもしれない。言い換える
と、水素結合強度の温度依存性が増加し、それによって
利用可能な電圧および低温放電下に利用可能な容量を減
少させているのかもしれない。
Without wishing to be bound by theory, it is believed that some additional factors explain the unexpected behavior of Mn and Fe in the base alloys of the present invention as follows: (1) Combination of Mn and excess Fe Affects the body alloy by affecting the grain boundaries or by affecting the equilibrium bond strength of hydrogen in the metal, thereby inhibiting the body diffusion rate of hydrogen in the metal through the formation of a composite phase structure. May have been given. In other words, the temperature dependence of the hydrogen bond strength may increase, thereby reducing the available voltage and the available capacity under cold discharge.

(2)Mnと過剰なFe組合せは、合金の延性を高め、それ
により、活性化プロセス中で表面積形成の量を減少させ
ることにより、金属学的理由から低い電極表面積をもた
らすと考えられる。
(2) It is believed that the combination of Mn and excess Fe increases the ductility of the alloy, thereby reducing the amount of surface area formation during the activation process, thereby resulting in lower electrode surface area for metallurgical reasons.

(3)Mnと過剰なFnのこれら合金への組合せは、導電
性、多孔性、厚み、および/または触媒活性に関して酸
化層自体の変更により低温放電を阻害するかもしれない
と考えられる。この酸化物層は放電反応での重要なファ
クターであり、本発明のベース合金からの水素および電
極からのヒドロキシルイオンの反応を促進する。我々
は、この反応が、薄く、電導性があり、多孔性であり、
一部の触媒活性を有する酸化物により促進されると考え
ている。
(3) It is believed that the combination of Mn and excess Fn in these alloys may inhibit low temperature discharge by altering the oxide layer itself with respect to conductivity, porosity, thickness, and / or catalytic activity. This oxide layer is an important factor in the discharge reaction and promotes the reaction of hydrogen from the base alloy of the present invention and hydroxyl ions from the electrode. We believe that this reaction is thin, conductive, porous,
It is believed that it is promoted by some catalytically active oxides.

Mnと過剰なFeの組合せは室温放電下で問題であるよう
には思えないが、低温反応を遅らせる驚くべき傾向を示
した。複合酸化物の形成は、孔サイズの分布または多孔
性など酸化物の構造のわずかな変化をもたらすことがで
きた。放電反応は水を水素化金属表面でしかも酸化物そ
れ自体の内部で作るので、小さい孔サイズは電解質の本
体から酸化物へのK+とOH-イオンの遅い分散を引き起こ
しているのかもしれない。分極がほとんど完全にオーム
の範囲にある室温放電から、活性化および濃度分極成分
が支配的である低温放電までにおいて、FeとMnとの酸化
物の物理的構造はMnのみのものと比較して実質的に異な
り得よう。
The combination of Mn and excess Fe does not seem to be a problem under room temperature discharge, but showed a surprising tendency to slow the low temperature reaction. Complex oxide formation could result in slight changes in the oxide structure, such as pore size distribution or porosity. Since the discharge reaction produces inside the well oxide itself only in the metal hydride surface water, small pore size K + and OH to the oxide from the body of the electrolyte - might be causing ions slow dispersion . From room temperature discharge where the polarization is almost completely in the ohmic range to low temperature discharge where the activation and concentration polarization components are dominant, the physical structure of the oxide of Fe and Mn is compared to that of Mn alone. Could be substantially different.

さらにもう一つの可能な説明は、MnおよびFeが多価酸
化状態を有することである。酸化物中の一部の元素は放
電速度の関数として荷電変動の通常状態中の酸化状態を
実際に変化させて、温度および加工の両者に依存し得、
組成に依存し得ると考えられる。これらの多酸化状態
は、酸化物の多孔性に影響を与える異なる触媒活性なら
びに異なる密度を有し得る。
Yet another possible explanation is that Mn and Fe have a multivalent oxidation state. Some elements in the oxide may actually change the oxidation state during the normal state of charge fluctuations as a function of the discharge rate, and be dependent on both temperature and processing,
It is believed that it may depend on the composition. These multi-oxidation states can have different catalytic activities affecting the porosity of the oxide as well as different densities.

Mnおよび過剰のFeの両方を含有する複合酸化物の有り
得る問題は、Fe成分が大量に存在する場合に、酸化状態
を変えるMnの能力を遅らせることである。
A possible problem with composite oxides containing both Mn and excess Fe is that it slows the ability of Mn to change oxidation state when the Fe component is present in large amounts.

合金へのSn添加の機能は二要素からなる。最初に、少
量のSnの添加はNiMhバッテリーの電極に用いられる合金
の活性化を助ける。理論に縛られたいわけではないが、
これは最初の熱処理中の望ましい腐食によるものであろ
う。Snを含有する合金はジルコニウム金属の低価格なも
の(Zircalloy等)の使用が可能なので、Snの添加は費
用減少の所望の機能も有する。
The function of Sn addition to the alloy consists of two elements. First, the addition of a small amount of Sn helps to activate the alloy used for the electrodes of the NiMh battery. Not wanting to be bound by theory,
This may be due to the desired corrosion during the initial heat treatment. The addition of Sn also has the desired function of cost reduction, since the alloy containing Sn can use inexpensive zirconium metal (such as Zircalloy).

酸化物に関する前記議論にわたって、酸化物は本発明
のベース合金の他の成分、例えばV、Ti、Zr、Niおよび
/またはCrおよび他の改質剤元素を含んでもよいことに
注意されたい。MnとFeの複合酸化物の議論は単に簡潔さ
のためであり、実際の機能は、そのような他の元素を伴
う異なるまたは複雑な説明を包含できることを当業者は
推論すべきであろう。
Throughout the above discussion regarding oxides, it is noted that oxides may include other components of the base alloys of the present invention, such as V, Ti, Zr, Ni and / or Cr and other modifier elements. One of ordinary skill in the art should infer that the discussion of the complex oxide of Mn and Fe is merely for brevity, and that the actual function may involve different or complex descriptions involving such other elements.

本発明の合金を用いる陰極は多くの種類の水素貯蔵電
池およびバッテリーに用いることができる。これらの電
池として、例えば、実質的に平たいプレート陰極、セパ
レーター、および実質的に平たく、該陰極と機能可能な
ように並んだ陽極(すなわち対電極)を有する平たい電
池;平たい電池を軸に関して螺旋状に巻くことにより作
成したゼリーロール電池;および電気自動車に用いられ
る角柱形電池が挙げられる。本発明の水素化金属電池は
どのような適当な種類の容器も用いることができ、例え
ば金属またはプラスチックから作ることができる。
Cathodes using the alloys of the present invention can be used in many types of hydrogen storage batteries and batteries. These cells include, for example, a substantially flat plate cathode, a separator, and a substantially flat, flat cell having an anode (i.e., counter electrode) operably aligned with the cathode; And a prismatic battery used in electric vehicles. The metal hydride battery of the present invention can use any suitable type of container, for example, made of metal or plastic.

30重量パーセントの水酸化カリウム水溶液が好ましい
電解質である。
A 30 weight percent aqueous potassium hydroxide solution is a preferred electrolyte.

特に好ましい実施態様において、米国特許第5,330,86
1号に開示された発展セパレーター材料と組み合わせて
用いられる合金が、ある種の電気化学的応用に関して先
行技術よりも向上した性能を与える。
In a particularly preferred embodiment, U.S. Pat.
Alloys used in combination with the advanced separator materials disclosed in No. 1 provide improved performance over the prior art for certain electrochemical applications.

上記の向上した技術的性能以外に、合金の改質は30%
までの費用の利点を提供する。これらの合金費用に影響
を与える主要なファクターの一つはバナジウム金属の費
用である。引用して組み込まれる米国特許第5,002,730
号において、V−NiまたはV−Feの形のバナジウムは純
粋なバナジウムよりも顕著な費用利点を提供する。その
ような費用の向上は本発明のベース合金でV−Feを用い
ることにより高めることができる。
In addition to the above improved technical performance, alloy modification is 30%
Provide cost benefits up to. One of the major factors affecting the cost of these alloys is the cost of vanadium metal. U.S. Patent No. 5,002,730, incorporated by reference
In this article, vanadium in the form of V-Ni or V-Fe offers significant cost advantages over pure vanadium. Such cost gains can be enhanced by using V-Fe in the base alloy of the present invention.

実施例 陰極材料の調製 上記の表2に記載の合金材料および表3に記載の比較
材料を下記のように調製して陰極材料に作成した。使用
された具体的な合金はそれぞれの特定の実施例の表に示
されている。合金の番号付けは本明細書にわたって統一
されており、表2または表3を言及している。
Example Preparation of Cathode Material The alloy materials described in Table 2 above and the comparative materials described in Table 3 were prepared as follows to prepare cathode materials. The specific alloys used are shown in the tables for each specific example. Alloy numbering is consistent throughout the specification and refers to Table 2 or Table 3.

表2および3の合金はFetcenkoの米国特許第5,002,73
0号およびFetcenkoらの米国特許第4,948,423号に記載さ
れたように成分元素の出発材料の重量を測定してグラフ
ァイトのるつぼ中で混合することにより調製した。るつ
ぼおよびその内容物は、減圧された真空炉に置かれ、次
に約1気圧のアルゴンで加圧した。るつぼの内容物は、
アルゴン雰囲気中にて高振動数誘導加熱により溶解し
た。溶解は約1500℃の温度で実施して、均一な溶融物を
得た。この時点で、加熱を停止し、その溶融物を不活性
ブランケット下に凝固させた。
The alloys in Tables 2 and 3 are from Fetcenko U.S. Pat. No. 5,002,73.
No. 4,948,423 to Fetcenko et al. By weighing the starting materials of the constituent elements and mixing them in a graphite crucible. The crucible and its contents were placed in a reduced pressure vacuum furnace and then pressurized with about 1 atmosphere of argon. The contents of the crucible are
It was dissolved by high frequency induction heating in an argon atmosphere. Melting was performed at a temperature of about 1500 ° C. to obtain a homogeneous melt. At this point, heating was stopped and the melt solidified under an inert blanket.

次に、合金金属の鋳塊のサイズを多段階プロセスで小
さくした。最初のステップは、特に引用して組み込まれ
る“Hydride Reactor Apparatus for Hydrogen Comminu
tion of Metal Hydride Hydrogen Storage Alloy Mater
ial"と題されるFetcenkoらの米国特許第4,983,756号に
実質的に記載されている水素化/脱水素化によった。こ
の最初のステップで、合金の大きさを100メッシュ未満
に減少させた。次に、この水素化/脱水素化プロセスか
ら得られた材料の大きさを、該粒子を衝撃ブロックに対
して接線方向および放射状に加速させる衝撃微粉砕プロ
セスを用いてさらに減少させた。このプロセスは特に引
用して組み込まれる“Method for the Continuous Fabr
ication of Comminuted Hydrogen Storage Alloy Negat
ive Electrode Material"と題される米国特許第4,915,8
98号に記載されている。
Next, the size of the ingot of the alloy metal was reduced by a multi-step process. The first step is “Hydride Reactor Apparatus for Hydrogen Comminu, which is specifically incorporated by reference.
tion of Metal Hydride Hydrogen Storage Alloy Mater
ial "by hydrogenation / dehydrogenation substantially as described in Fetcenko et al., US Pat. No. 4,983,756. This first step reduced the size of the alloy to less than 100 mesh. Next, the size of the material obtained from this hydrogenation / dehydrogenation process was further reduced using an impact milling process that accelerates the particles tangentially and radially to the impact block. The process is specifically incorporated by reference “Method for the Continuous Fabr
ication of Comminuted Hydrogen Storage Alloy Negat
U.S. Patent No. 4,915,8 entitled "ive Electrode Material"
No. 98.

200メッシュ未満の粒度を有する合金金属と約400メッ
シュ(38ミクロン)の質量平均粒度とのフラクションが
衝撃微粉砕プロセスから回収されて合金材料の層をニッ
ケルスクリーン集電装置上に置き、該粉末と集電装置を
圧縮するプロセスによりそれらを該集電装置に結合させ
た。圧縮は各ステップが1平方インチあたり約16トンの
圧力を用いる二つの別々の圧縮ステップにて不活性雰囲
気下で実施された。圧縮後、集電装置およびそれに付着
した粉末を約2原子%水素および残りはアルゴンの雰囲
気中で焼結して陰極材料を形成した。(通常、焼結はす
べての利用に必要とされるものではない。焼結の必要性
は勿論電荷バランス等の全体的な電池の設計およびファ
クターに依存する。
A fraction of alloy metal having a particle size of less than 200 mesh and a mass average particle size of about 400 mesh (38 microns) is recovered from the impact milling process and a layer of alloy material is placed on a nickel screen current collector and the powder and They were coupled to the current collector by a process of compressing the current collector. Compression was performed under an inert atmosphere in two separate compression steps, each using a pressure of about 16 tons per square inch. After compression, the current collector and the powder deposited thereon were sintered in an atmosphere of about 2 atomic% hydrogen and the balance argon to form a cathode material. (Normally, sintering is not required for all applications. The need for sintering depends, of course, on the overall battery design and factors, such as charge balance.

これらの合金および陰極を、引用して特に組み込まれ
る国特許第4,716,088号に記載のアルカリエッチング処
理を用いて活性化した。実用的な問題として、一部の酸
化が電極の作成中に生じ、よって、本発明の合金粉末ま
たは陰極をアルカリ溶液にさらして「エッチング」する
か、または形成する表面酸化物の性質を変えて、多様な
有益な結果が得られる。例えば、エッチングは、向上し
た充電効率が最初の充電サイクルでさえ達成されるよう
に合金粉末または形成された陰極材料の表面条件を変更
し;電気化学的放電プロセスに必要とされるイオン分散
を促進し;材料の表面で酸化状態の勾配を作り;そして
表面酸化物を変えてさらに高い電荷許容性を達成すると
考えられる。Ogawa(Proceedings of the 1988 Power S
ources Symposium(Chapter 26,Metal Hydride Electro
de for High Energy Density Sealed Nickel−Metal Hy
dride Battery)により示されたように、合金粉末を
「エッチング」し、次にこのエッチングされた粉末から
陰極を形成することにより同様な効果を達成することが
できる。JPA 05/021 059およびJPA 05/013 077も参
照されたい。
These alloys and cathodes were activated using the alkaline etching process described in US Pat. No. 4,716,088, which is specifically incorporated by reference. As a practical matter, some oxidation occurs during the fabrication of the electrode, thus exposing the alloy powder or cathode of the present invention to an alkaline solution to "etch" or alter the nature of the surface oxides formed. And a variety of beneficial results. For example, etching changes the surface conditions of the alloy powder or formed cathode material such that improved charging efficiency is achieved even in the first charging cycle; promoting the ion dispersion required for the electrochemical discharge process It is believed that a gradient of the oxidation state is created at the surface of the material; and that the surface oxide is altered to achieve higher charge acceptability. Ogawa (Proceedings of the 1988 Power S
ources Symposium (Chapter 26, Metal Hydride Electro
de for High Energy Density Sealed Nickel−Metal Hy
A similar effect can be achieved by "etching" the alloy powder and then forming a cathode from this etched powder, as shown by Dride Battery. See also JPA 05/021 059 and JPA 05/013 077.

電池の調製 調製された陰極を水酸化ニッケル陽極に組み合わせ
て、米国特許第4,822,377号に記載のように、30%KOH電
解質を用いた再密閉可能なベントを有する密閉「C」電
極を作った。
Battery Preparation The prepared cathode was combined with a nickel hydroxide anode to create a closed "C" electrode with a resealable vent using 30% KOH electrolyte, as described in US Patent No. 4,822,377.

実施例1 表3に示された合金を用いて上記のように作成された
完成電池を充電および放電条件に供して、エネルギー密
度(mAh/g)を決定した。
Example 1 The completed batteries made as described above using the alloys shown in Table 3 were subjected to charging and discharging conditions to determine the energy density (mAh / g).

これらの試験から得られたデータを以下の表4に示
す。
The data obtained from these tests is shown in Table 4 below.

実施例2 表5に挙げられた合金から作られた電極を用いて腐食
測定を行った。これらの電極は合金材料の鋳塊から薄い
スライス(−1mm厚み)を切断することにより作成し
た。電気測定用銅線材を銀エポキシセメントを用いてス
ライスの一面に取り付けた。銅線材が取り付けられた面
のみが覆われて電極の反対面が露出するように電極をエ
ポキシ樹脂に載せた。この露出面は0.3ミクロンの酸化
アルミニウムペーストを用いて磨き、その幾何学的領域
を腐食測定のために測定した。
Example 2 Corrosion measurements were performed using electrodes made from the alloys listed in Table 5. These electrodes were made by cutting thin slices (-1 mm thick) from an ingot of an alloy material. A copper wire for electrical measurement was attached to one side of the slice using silver epoxy cement. The electrode was placed on the epoxy resin such that only the surface to which the copper wire was attached was covered and the opposite surface of the electrode was exposed. The exposed surface was polished with a 0.3 micron aluminum oxide paste and its geometric area was measured for corrosion measurements.

これらの電極の腐食ポテンシャル(Ecorr)および腐
食電流(icorr)をEG&G PARC腐食測定装置を用いて
測定した。この測定は30%のKOH溶液中で実施した。各
電極の腐食ポテンシャルは、電極を溶液中に浸した後に
約20分間Hg/HgO参照電極に対する開回路ポテンシャルを
測定することにより決定した。腐食電流は分極抵抗(線
分極)技術を用いて測定した。この技術はEcorrに関し
て±20mV範囲にわたって0.1mV/秒の調節スキャンを用い
ることにより実施した。得られた電流はポテンシャルに
対して直線的にプロットした。このポテンシャル電流関
数Ecorrの傾きは分極抵抗(Rp)である。RpをTafel定数
β(0.1V/塊変とみなす)と一緒に用い、式Rp=ββc
/(2.3(icorr)(β+β))を用いてicorrを決定
した。
The corrosion potential (E corr ) and corrosion current (i corr ) of these electrodes were measured using an EG & G PARC corrosion measurement device. This measurement was performed in a 30% KOH solution. The corrosion potential of each electrode was determined by measuring the open circuit potential against the Hg / HgO reference electrode for about 20 minutes after immersing the electrode in the solution. The corrosion current was measured using a polarization resistance (linear polarization) technique. This technique was performed by using a regulated scan of 0.1 mV / sec over the ± 20 mV range for E corr . The resulting current was plotted linearly against potential. The slope of the potential current function E corr is the polarization resistance (R p ). Using R p together with the Tafel constant β (assuming 0.1 V / mass change), the equation R p = β A β c
/(2.3(i corr ) (β A + β c )) was used to determine i corr .

上記を鑑みると、本発明は、水素化金属電池中の陰極
として導入されると向上した性能特性を有するバッテリ
ーをもたらす広い範囲の合金組成物を同定し、包含する
ことが当業者には明らかである。
In view of the above, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention identifies and encompasses a wide range of alloy compositions that, when introduced as a cathode in a metal hydride battery, result in a battery having improved performance characteristics. is there.

本明細書の図面、議論、および実施例は単に本発明の
特定の実施態様の説明するためのみにあり、その実施に
対する制限を意図するものではない。本発明の範囲を定
めるのは以下のクレームおよびその等価物である。
The drawings, discussion, and examples in this specification are merely illustrative of specific embodiments of the present invention, and are not intended to limit the implementation. It is the following claims and their equivalents that define the scope of the invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オヴシンスキー、スタンフォード アー ル. アメリカ合衆国 48013 ミシガン州 ブルームフィールド ヒルズ スカーレ ル ロード 2700 (72)発明者 チャオ、ベンジャミン エス. アメリカ合衆国 48083 ミシガン州 トロイ シャーウッド ドライブ 3513 (72)発明者 ライヒマン、ベンジャミン アメリカ合衆国 48323 ミシガン州 ウエスト ブルームフィールド マクニ コール トレイル 3740 (56)参考文献 特開 平7−73878(JP,A) 特開 平6−88150(JP,A) 特開 平4−137361(JP,A) 特開 平4−255669(JP,A) 特開 平5−343059(JP,A) 特開 平8−96804(JP,A) 特開 平8−67936(JP,A) 特開 平5−347156(JP,A) 特開 平2−223150(JP,A) 特開 昭61−45563(JP,A) 特開 平6−187983(JP,A) 特開 平3−108273(JP,A) 特開 平1−165737(JP,A) 特開 平3−93158(JP,A) 特開 平6−231763(JP,A) 特開 平7−50163(JP,A) 特開 平2−179836(JP,A) 特開 平4−254503(JP,A) 特開 平5−211063(JP,A) 特表 平5−504376(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/38 H01M 4/24 - 4/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ovshinsky, Stamford Earl. United States 48013 Bloomfield Hills Scarre Road, Michigan 2700 (72) Inventor Chao, Benjamin S. United States 48083 Troy Sherwood Drive, Michigan 3513 (72) Inventor Reichmann, Benjamin United States 48323 West Bloomfield, McNicoll Trail, Michigan 3740 (56) References JP-A-7-73878 (JP, A) JP-A-6-88150 (JP, A) JP-A-4-137361 ( JP, A) JP-A-4-255669 (JP, A) JP-A-5-343059 (JP, A) JP-A 8-96804 (JP, A) JP-A 8-67936 (JP, A) JP Hei 5-347 156 (JP, A) JP-A-2-223150 (JP, A) JP-A-61-45563 (JP, A) JP-A-6-187983 (JP, A) JP-A-3-108273 (JP, A) JP-A-1-165737 (JP, A) JP-A-3-93158 (JP, A) JP-A-6-231763 (JP, A) JP-A-7-50163 (JP, A) JP-A-2-179798 (JP, A) JP-A-4-254503 (JP, A) JP-A-5-211063 (JP, A) JP-A-5-504376 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) H01M 4/38 H01M 4/24-4/26

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】本体合金の表面に酸化物層を有する電気化
学水素貯蔵合金において、前記酸化物層は、当該酸化物
層に亘って分布し70Å以下の直径のニッケルに富む領域
を有する電気化学水素貯蔵合金。
1. An electrochemical hydrogen storage alloy having an oxide layer on the surface of a main body alloy, wherein the oxide layer has a nickel-rich region distributed over the oxide layer and having a diameter of 70 ° or less. Hydrogen storage alloy.
【請求項2】該ニッケルに富む領域間の距離が2〜300
Åである請求項1記載の電気化学水素貯蔵合金。
2. The method of claim 1 wherein the distance between said nickel-rich regions is between 2 and 300.
The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 1, which is Å.
【請求項3】該ニッケルに富む領域間の距離が50〜100
Åである請求項1記載の電気化学水素貯蔵合金。
3. The distance between said nickel-rich regions is 50-100.
The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 1, which is Å.
【請求項4】本体合金の表面に酸化物層を有する電気化
学水素貯蔵合金において、前記酸化物層は、当該酸化物
層に亘って分布し70Å以下の直径のニッケルに富む領域
を有し、 本体合金は、 (ベース合金)aCobMncFedSne (ここで、ベース合金は、0.1−60原子%のTi、0.1〜40
原子%のZr、0〜60原子%のV、0.1〜57原子%のNi、
および0〜56原子%のCrを含み;bは0〜7.5原子%;cは1
3〜17原子%;dは0〜3.5原子%;eは0.2〜1.0原子%;お
よびa+b+c+d+e=100原子%である。)からな
る電気化学水素貯蔵合金。
4. An electrochemical hydrogen storage alloy having an oxide layer on the surface of a main body alloy, wherein the oxide layer has a nickel-rich region distributed over the oxide layer and having a diameter of 70 ° or less, body alloy (base alloy) a Co b Mn c Fe d Sn e ( here, the base alloy, 0.1-60 atomic percent Ti, 0.1 to 40
Atomic% Zr, 0-60 atomic% V, 0.1-57 atomic% Ni,
And 0 to 56 atomic% Cr; b is 0 to 7.5 atomic%; c is 1
3-17 atom%; d is 0-3.5 atom%; e is 0.2-1.0 atom%; and a + b + c + d + e = 100 atom%. ) Consisting of an electrochemical hydrogen storage alloy.
【請求項5】該酸化物層は、50〜70Åの直径のニッケル
に富む領域を有する請求項4記載の電気化学水素貯蔵合
金。
5. The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 4, wherein said oxide layer has a nickel-rich region with a diameter of 50-70 °.
【請求項6】該ニッケルに富む領域間の距離が2〜300
Åである請求項5記載の電気化学水素貯蔵合金。
6. The distance between said nickel-rich regions is between 2 and 300.
The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 5, which is Å.
【請求項7】該ニッケルに富む領域間の距離が50〜100
Åである請求項5記載の電気化学水素貯蔵合金。
7. The distance between said nickel-rich regions is 50-100.
The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 5, which is Å.
【請求項8】本体合金上に形成された酸化物層に、70Å
以下の直径のNiに富む領域を有する電気化学水素貯蔵合
金にして、 第一電気化学水素貯蔵合金と; 該第一合金に対して機械的に合金にされた第二合金とか
らなり; 該第二合金は、活性化中に優先的に腐食される成分が腐
食された後に残るNiに富む領域を含有する電気化学水素
貯蔵合金。
8. The method according to claim 8, wherein the oxide layer formed on the main body alloy has a thickness of 70.degree.
An electrochemical hydrogen storage alloy having a Ni-rich region of the following diameters: a first electrochemical hydrogen storage alloy; and a second alloy mechanically alloyed with respect to the first alloy; The two alloys are electrochemical hydrogen storage alloys that contain Ni-rich regions that remain after the components that are preferentially corroded during activation are eroded.
【請求項9】該第一電気化学水素貯蔵合金が、TiVZrNi
系に分類される請求項8記載の電気化学水素貯蔵合金。
9. The method of claim 1, wherein the first electrochemical hydrogen storage alloy is TiVZrNi.
The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 8, which is classified as a system.
【請求項10】第二合金が、 式ZrMnwVxMyNiz(ここで、MはFeまたはCoであり、w、
x、yおよびzは各元素のモル比であり、ここで0.4≦
w≦0.8、0.1≦x≦0.3、0≦y≦0.2、1.0≦z≦1.5、
および2.0≦w+x+y+z≦2.4である。)により表わ
される合金; LaまたはNiの成分のいずれかが、0.1%よりも高く25%
よりも低い原子比で、周期表のランタノイド族以外の元
素の第I a、II、III、IVおよびV a族から選択される金
属Mにより置換されている式LaNi5に実質的に対応する
合金; 式TiV2-xNix(ここで、x=0.2〜0.6である。)を有す
る合金; 式TiaZrbNicCrdMx(ここで、MはAl、Si、V、Mn、Fe、
Co、Cu、Nb、AgまたはPdであり、0.1≦a≦1.4、0.1≦
b≦1.3、0.25≦c≦1.95、0.1≦d≦1.4、a+b+c
+d=3、および0≦x≦0.2である。)を有する合
金; 式ZrModNie(ここで、d=0.1〜1.2およびe=1.1〜2.5
である。)を有する合金; 周期表の第II、IVおよびV族から選択される40〜75重量
%の合金を形成する少なくとも一つの遷移金属、および
少なくとも一つの遷移金属と合金化されて該電気化学貯
蔵合金の残部を構成する少なくとも一つの追加金属(こ
の追加金属はNiおよびCr−Ni鋼からなる群から選択され
る)からなる合金;および Mm−Niシステムの主要な組織;および各成分相が主要組
織中で分離されている複数の化合物相(ここで、各化合
物相の容量は10μm3未満である)からなる合金からなる
群から選択される請求項8記載の電気化学水素貯蔵合
金。
10. A second alloy, wherein ZrMn w V x M y Ni z ( wherein, M is Fe or Co, w,
x, y and z are molar ratios of each element, where 0.4 ≦
w ≦ 0.8, 0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.2, 1.0 ≦ z ≦ 1.5,
And 2.0 ≦ w + x + y + z ≦ 2.4. ); Either La or Ni component is higher than 0.1% and 25%
An alloy substantially corresponding to the formula LaNi 5 which has a lower atomic ratio and is replaced by a metal M selected from groups Ia, II, III, IV and Va of elements other than the lanthanoid group of the periodic table ; formula TiV 2-x Ni x (where a x = 0.2 to 0.6.) alloy having; formula Ti a Zr b Ni c Cr d M x ( wherein, M is Al, Si, V, Mn, Fe,
Co, Cu, Nb, Ag or Pd, 0.1 ≦ a ≦ 1.4, 0.1 ≦
b ≦ 1.3, 0.25 ≦ c ≦ 1.95, 0.1 ≦ d ≦ 1.4, a + b + c
+ D = 3, and 0 ≦ x ≦ 0.2. An alloy having the formula ZrMo d Ni e, where d = 0.1-1.2 and e = 1.1-2.5
It is. At least one transition metal forming an alloy of 40-75% by weight selected from groups II, IV and V of the periodic table; and the electrochemical storage alloyed with at least one transition metal An alloy consisting of at least one additional metal constituting the balance of the alloy, wherein the additional metal is selected from the group consisting of Ni and Cr-Ni steels; and the main structure of the Mm-Ni system; a plurality of compound phases (here, the capacity of each compound phase is less than 10 [mu] m 3) which are separated in the tissue electrochemical hydrogen storage alloy of claim 8, wherein is selected from the group consisting of an alloy consisting of.
【請求項11】前記第一電気化学水素貯蔵合金は、 (ベース合金)aCobMncFedSne (ここで、ベース合金は0.1〜60原子%のTi、0.1〜40原
子%のZr、0〜60原子%のV、0.1〜57原子%のNi、お
よび0〜56原子%のCrを含み;bは0〜7.5原子%;cは13
〜17原子%;dは0〜3.5原子%;eは0〜1.5原子%;およ
びa+b+c+d+e=100原子%である。)である請
求項8記載の電気化学水素貯蔵合金。
Wherein said first electrochemical hydrogen storage alloy (Base Alloy) a Co b Mn c Fe d Sn e ( where base alloy 0.1 to 60 atomic% of Ti, 0.1 to 40 atomic% of Zr , 0-60 atomic% V, 0.1-57 atomic% Ni, and 0-56 atomic% Cr; b is 0-7.5 atomic%; c is 13
D is from 0 to 3.5 at%; e is from 0 to 1.5 at%; and a + b + c + d + e = 100 at%. The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 8, wherein
【請求項12】本体合金の表面に酸化物層を有する電気
化学水素貯蔵合金において、前記酸化物層は、当該酸化
物層に亘って分布し領域間の距離が2〜300Åであるニ
ッケルに富む領域を有する電気化学水素貯蔵合金。
12. An electrochemical hydrogen storage alloy having an oxide layer on the surface of a main body alloy, said oxide layer being nickel-rich distributed over said oxide layer and having a distance between regions of 2 to 300 °. An electrochemical hydrogen storage alloy having an area.
【請求項13】請求項12の電気化学水素貯蔵合金にし
て、前記ニッケルに富む領域は、70Å以下の直径のニッ
ケルに富む領域を有する。
13. The electrochemical hydrogen storage alloy according to claim 12, wherein said nickel-rich region has a nickel-rich region having a diameter of 70 ° or less.
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